JP2020175420A - Metal mold for punching, method for manufacture thereof, punching method and processed product - Google Patents

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智美 白鳥
Tomomi Shiratori
智美 白鳥
禅 中野
Zen Nakano
禅 中野
邦男 松崎
Kunio Matsuzaki
邦男 松崎
正仁 加藤
Masahito Kato
正仁 加藤
龍彦 相澤
Tatsuhiko Aizawa
龍彦 相澤
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Komatsu Seiki Kosakusho Co Ltd
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Komatsu Seiki Kosakusho Co Ltd
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Abstract

To punch a magnetic steel sheet while suppressing degradation due to iron loss to minimum.SOLUTION: When punching a magnetic steel sheet, a tool tip is previously sharpened before punching with respect to a punch (male mold) and a die (female mold) as a tool to be fitted to a metal mold. The sharpened tool tip of both or one of the punch and the die is used for punching after ensuring a tool radius or a tool missing width to be 1.5 μm or less. Punching for minimizing a range of magnetic domain change is realized, whereby a punched product in which iron loss is suppressed to minimum, can be processed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、打抜き加工用金型、その製造方法、打抜き加工方法及び被加工品(製品)に係り、特に、モータの鉄心等に用いられる電磁鋼板の打抜きに好適な加工技術に関する。 The present invention relates to a die for punching, a manufacturing method thereof, a punching method, and a work piece (product), and more particularly to a processing technique suitable for punching an electromagnetic steel sheet used for an iron core of a motor or the like.

近年、二酸化炭素排出の抑制による地球温暖化抑止社会の実現が急がれている。自動車ではハイブリット自動車、電気自動車を中心に、モータや発電機の採用と軽量化および高性能化が求められている。
モータ用鉄心(以下モータコア)は電磁鋼板を金型で打抜いて成形し、複数枚を積層した上でカシメ、または接着や溶接により一体化して製造されている。
一体化時の板間での損失に加え、電磁鋼板の打抜き加工では、打抜き時の塑性ひずみや弾性ひずみが、鉄損の原因となることは周知の事実である。
In recent years, there has been an urgent need to realize a society that suppresses global warming by controlling carbon dioxide emissions. In automobiles, mainly hybrid automobiles and electric automobiles, the adoption of motors and generators, weight reduction, and high performance are required.
An iron core for a motor (hereinafter referred to as a motor core) is manufactured by punching an electromagnetic steel sheet with a mold, laminating a plurality of sheets, and then caulking, or integrating by bonding or welding.
It is a well-known fact that in addition to the loss between plates during integration, plastic strain and elastic strain during punching in the punching process of electrical steel sheets cause iron loss.

電磁鋼板打抜きにおける鉄損の低減の取組みとしては、まず原因の特定として、非特許文献1に示す調査にあるように、無方向性電磁鋼板が持つ磁区が打抜き加工後に変化し、この磁区変化がヒステリシス損(履歴損)や渦電流損を引き起こして鉄損につながるなど、打抜き加工による電磁鋼板組織の変質が挙げられる。
また、電磁鋼板打抜き加工における鉄損低減の取組みとしては、特許文献1に示すように、パンチとダイの隙間であるクリアランスについて電磁鋼板の板厚比で最適値を調査した結果、板厚比7%以下のクリアランスとすることが推奨されている。
As an effort to reduce iron loss in electrical steel sheet punching, first, as the cause is identified, as shown in the investigation shown in Non-Patent Document 1, the magnetic domain of the non-oriented electrical steel sheet changes after punching, and this magnetic domain change changes. Deterioration of the electrical steel sheet structure due to punching, such as causing hysteresis loss (history loss) and eddy current loss, leading to iron loss.
Further, as an effort to reduce iron loss in the punching process of electrical steel sheets, as shown in Patent Document 1, as a result of investigating the optimum value of the clearance, which is the gap between the punch and the die, with the thickness ratio of the electromagnetic steel sheet, the plate thickness ratio is 7. It is recommended that the clearance be less than%.

電磁鋼板打抜きにおける塑性ひずみ低減策としては、特許文献2に示すように、パンチにシャー角を付加することでせん断応力の集中を緩和する方法や、特許文献3に示すように、打抜き加工を行った後に再度加工影響部のみを切削加工(シェービング加工)によって切り落とす工法が開示されている。 As a measure for reducing plastic strain in punching of an electromagnetic steel plate, as shown in Patent Document 2, a method of relaxing the concentration of shear stress by adding a shear angle to the punch, or as shown in Patent Document 3, punching is performed. After that, a method of cutting off only the processing affected portion by cutting processing (shaving processing) is disclosed.

剪断加工による無方向性電磁鋼板の鉄損および磁区構造の変化/千田邦浩,石田昌義,中須洋一,八木正昭/電学論A 125巻3号/2005年/241〜246頁Iron loss and change in magnetic domain structure of non-oriented electrical steel sheets due to shearing / Kunihiro Senda, Masayoshi Ishida, Yoichi Nakasu, Masaaki Yagi / Institute of Electrical Engineers of Japan A 125, No. 3, 2005/241-246 特開2016−129902号JP-A-2016-129902 特開2014−207783号JP-A-2014-207783 特開2000−175414号JP 2000-175414

図1は、せん断加工の基本となる金型構造を示した図である。
打抜き加工は、被加工材を雄型であるパンチと雌型であるダイで挟み、プレス機の変位と荷重を工具に伝えることで被加工材をせん断および破断させる、破壊を伴う工法である。
打抜き加工時に被加工材を平坦に保つためには、板押え力をストリッパープレートから被加工材に加える必要がある。
また、ストリッパープレートには、打抜き加工後に被加工材からパンチを引き剥がす役割もある。
FIG. 1 is a diagram showing a mold structure that is the basis of shearing.
Punching is a destructive method in which the work piece is sandwiched between a male punch and a female die, and the displacement and load of the press are transmitted to the tool to shear and break the work piece.
In order to keep the work material flat during punching, it is necessary to apply a plate pressing force from the stripper plate to the work material.
The stripper plate also has a role of peeling the punch from the work material after the punching process.

打抜き加工された被加工材には、図2に示すように、だれやせん断面、破断面、かえりが形成させる。これらは総称して切り口面と呼ばれる。
切り口面の長さは、パンチとダイの隙間であるクリアランスによって変化する。
一般にクリアランスは、工具の摩耗とだれやせん断面の長さを要求品質に合致できる範囲で適性値が選択され、実加工がなされている。
As shown in FIG. 2, a drool, a sheared surface, a fracture surface, and a burr are formed on the punched material to be processed. These are collectively called the cut surface.
The length of the cut surface changes depending on the clearance that is the gap between the punch and the die.
In general, the clearance is actually machined by selecting an appropriate value within the range where the wear of the tool and the length of the drool and sheared surface can meet the required quality.

打抜き加工中の工具にはせん断応力が加わり、このせん断応力が被加工材伝わることで変形が進行する。
図3は、パンチの工具先端Rを10 μm、3.0μm、1.0 μmとした場合に、せん断応力の付加範囲を板厚0.5mmの無方向性電磁鋼板で模式的に表現した図である。
この図3では、工具先端形状がマイクロメートル単位で変化しただけで、被加工材に加わる応力状態が変化することを定性的に示している。
工具先端Rを1.0 μmまで先鋭化した条件では、工具先端にせん断応力が集中し、且つ応力が付加される範囲が他の2条件に対して狭い範囲に集中することがわかる。
Shear stress is applied to the tool being punched, and the shear stress is transmitted to the work material to promote deformation.
FIG. 3 is a diagram schematically showing the addition range of shear stress with a non-oriented electrical steel sheet having a plate thickness of 0.5 mm when the tool tip R of the punch is 10 μm, 3.0 μm, and 1.0 μm.
FIG. 3 qualitatively shows that the stress state applied to the work material changes only when the shape of the tool tip changes in units of micrometers.
It can be seen that under the condition that the tool tip R is sharpened to 1.0 μm, the shear stress is concentrated on the tool tip, and the range in which the stress is applied is concentrated in a narrower range than the other two conditions.

実加工において打抜き加工を連続して行うと、加工中に工具は被加工材から受ける反力や摩擦、被加工材の凝着などの影響を受けて摩耗する。
工具の摩耗は、被加工材を打抜き加工する際に切り口面を変化させる。だれやかえりが大きくなり、要求品質を満たさなくなった段階で工具は耐用を迎え、メンテナンスや交換といった作業に入る。
If the punching process is continuously performed in the actual processing, the tool is worn due to the reaction force and friction received from the work material and the adhesion of the work material during the work.
Tool wear changes the cut surface when the work piece is punched. When the burr becomes large and the required quality is no longer met, the tool reaches the end of its useful life and begins maintenance and replacement work.

一般に金属材料の打抜き加工では、被加工材の打抜き端部に位置する結晶粒に、大きな相当塑性ひずみが加わり、結晶格子のゆがみ変形や変態により生じた加工影響部が残存する。
電磁鋼板の打抜き加工では、パンチが電磁鋼板を打抜く際に加工応力が加わることで、結晶粒には弾性ひずみと塑性ひずみが加わる。
Generally, in the punching process of a metal material, a large equivalent plastic strain is applied to the crystal grains located at the punched end portion of the material to be processed, and the processed affected portion generated by the distortion deformation or transformation of the crystal lattice remains.
In the punching process of electrical steel sheets, elastic strain and plastic strain are applied to the crystal grains due to the application of processing stress when the punch punches the electrical steel sheets.

この2種類のひずみが打抜き加工中の電磁鋼板の結晶粒に加わることにより、電磁鋼板が持つ磁区は変化する(非特許文献1)。
磁区模様幅がひずみの付加によって拡大した場合には、磁壁の移動速度が上がり、渦電流損が増大することが知られている。また、結晶粒内部に転位が生じた場合には磁壁移動が阻害され、ヒステリシス損が増大することも周知である。
したがって、電磁鋼板のせん断加工では、一般的なクリアランスの選択と切り口面長さの管理に加え、鉄損を軽減するせん断加工条件の開発が進められてきた。
When these two types of strains are applied to the crystal grains of the electrical steel sheet being punched, the magnetic domain of the electrical steel sheet changes (Non-Patent Document 1).
It is known that when the magnetic domain pattern width is expanded by adding strain, the moving speed of the domain wall increases and the eddy current loss increases. It is also well known that when dislocations occur inside the crystal grains, domain wall movement is hindered and hysteresis loss increases.
Therefore, in the shearing of electrical steel sheets, in addition to general clearance selection and control of cut surface length, the development of shearing conditions that reduce iron loss has been promoted.

これまでに、無方向性電磁鋼板のせん断加工における磁区変化には、弾性ひずみと塑性ひずみが影響していることが、非特許文献1によって報告されている。
また、電磁鋼板の打抜き加工におけるクリアランス選択については、特許文献1により、クリアランスを7%以下にすることが示された。
特許文献2では、パンチにシャー角と言われる角度を付けることで、磁束密度を管理する手法が示された。
また特許文献3では、非特許文献1で示された塑性ひずみ影響範囲を、別工程を設けてシェービング工法によりそぎ落とす工法が示されている。
So far, Non-Patent Document 1 has reported that elastic strain and plastic strain affect the change in magnetic domain in shearing of non-oriented electrical steel sheets.
Further, regarding the clearance selection in the punching process of the electromagnetic steel sheet, Patent Document 1 has shown that the clearance is 7% or less.
Patent Document 2 has shown a method of controlling the magnetic flux density by giving a punch an angle called a shear angle.
Further, Patent Document 3 discloses a method of removing the plastic strain influence range shown in Non-Patent Document 1 by a shaving method by providing a separate step.

特許文献1では、クリアランスや板押え力に着目し、鉄損を低減できる加工条件を示している。
しかしながら、磁区変化範囲がせん断応力によって影響を受けることを報告しているが、工具先端の工具半径や工具欠落幅が磁区に与える影響については報告していない。
したがって、工具先端形状によっては、クリアランスや板押えの最適値が変化する可能性があると考えられる。
これまでに、電磁鋼板の打抜き加工における工具先端形状が、磁区変化範囲および鉄損に与える影響についての調査はなされてきていない。
Patent Document 1 pays attention to the clearance and the plate pressing force, and shows the processing conditions capable of reducing the iron loss.
However, although it is reported that the magnetic domain change range is affected by shear stress, the effect of the tool radius and tool missing width on the tool tip on the magnetic domain is not reported.
Therefore, it is considered that the optimum values of clearance and plate retainer may change depending on the shape of the tool tip.
So far, no investigation has been conducted on the influence of the shape of the tool tip in punching of electrical steel sheets on the magnetic domain change range and iron loss.

特許文献2では、工具製作においてシャー角を付与するため、工具製作工程が増える。特許文献3においても、せん断工程が2工程に増える。
このため、特許文献2や特許文献3では、複雑なパンチ形状や複数の工程で加工を進めるため、簡便な工具製作方法、単一の打抜き工程で鉄損を最小化できる工具製作、打抜き加工工法の開発が新たな課題として示されている。
しかし、簡便な工具や工法で鉄損を防止する対策は講じられてきていないのが実情である。
In Patent Document 2, since the shear angle is given in the tool manufacturing, the tool manufacturing process is increased. Also in Patent Document 3, the shearing process is increased to two processes.
For this reason, in Patent Document 2 and Patent Document 3, since machining is carried out in a complicated punch shape and a plurality of processes, a simple tool manufacturing method, a tool manufacturing method that can minimize iron loss in a single punching process, and a punching method. Development is shown as a new challenge.
However, the reality is that no measures have been taken to prevent iron damage with simple tools and construction methods.

上述のように、現状の電磁鋼板打抜き加工では、打抜き条件の最適化から鉄損を軽減する加工条件や工法の開発が進み、実用化がなされてきていると言える。
しかしながら、鉄損軽減に向けた課題は残されており、より簡便な工具や加工条件の開発を進める余地が残されている。
As described above, in the current electrical steel sheet punching process, it can be said that the process conditions and construction methods for reducing iron loss have been developed from the optimization of the punching conditions, and have been put into practical use.
However, there are still issues to be solved for reducing iron loss, and there is still room for the development of simpler tools and machining conditions.

本発明は、上述の状況に鑑み、電磁鋼板の打抜き時のひずみ影響範囲を小さく限定するために、打抜き製品の鉄損を最小限に抑止できる打抜き加工用の金型とその製造方法及び打抜き加工方法を提供することを目的としている。 In view of the above situation, in view of the above situation, in order to limit the strain influence range at the time of punching of an electromagnetic steel sheet to a small size, a die for punching that can minimize iron loss of the punched product, a manufacturing method thereof, and punching. It is intended to provide a method.

上述した課題を解決して目的を達成するために、本発明に係る打抜き用工具では、パンチおよびダイの一方または双方の工具先端を先端Rまたは工具欠落幅で1.5μm以下に先鋭化した状態を確保することを特徴とする。
また、本発明に係る打抜き加工方法は、工具先端の先端Rまたは工具欠落幅を1.5μm以下とした工具を用いて、電磁鋼板を1枚または2枚以上の複数枚を積層した上で打抜き加工を行うことを特徴とする。
また、このような加工方法により、本発明に係る被加工品は、打ち抜かれた穴の断面における板厚に相当する縦寸法と、被加工品の内側に向かう板厚に相当する横寸法を備えた略正方形状の領域中で、打抜き前後で磁区の形状や寸法に変化が生じた部分(磁区影響範囲)が、25%以下に収まっていることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, in the punching tool according to the present invention, the tool tips of one or both of the punch and the die are sharpened to 1.5 μm or less with the tip R or the tool missing width. It is characterized by securing.
Further, in the punching method according to the present invention, a tool having a tool tip R or a tool missing width of 1.5 μm or less is used, and one or a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated and then punched. It is characterized by performing.
Further, by such a processing method, the workpiece according to the present invention has a vertical dimension corresponding to the plate thickness in the cross section of the punched hole and a horizontal dimension corresponding to the plate thickness toward the inside of the workpiece. In the substantially square region, the portion where the shape and dimensions of the magnetic domain changed before and after punching (the range affected by the magnetic domain) is less than 25%.

本発明によれば、1枚または複数枚を積層した電磁鋼板の打抜き加工に際し、磁区変化範囲を最小限に留める打抜き加工が実現することで、鉄損を最小限に抑止した打抜き製品の加工が可能となる。 According to the present invention, in the punching process of one or a plurality of laminated electromagnetic steel sheets, the punching process that minimizes the magnetic domain change range is realized, so that the punching product can be processed with the minimum iron loss. It will be possible.

本発明の一実施形態に係る打抜き加工用金型の構成と役割を説明するための構造図である。It is a structural drawing for demonstrating the structure and role of the punching die which concerns on one Embodiment of this invention. 打抜いた穴の切り口面を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the cut end surface of a punched hole. 電磁鋼板の打抜き加工に際し、工具先端Rに応じて被加工材に加わるせん断応力の付加範囲が変化する様子を表した模式図である。It is a schematic diagram showing how the addition range of the shear stress applied to the work material changes according to the tool tip R at the time of punching of an electromagnetic steel sheet. パンチにシャー角を付与した場合における工具先端Rの測定位置を示す図である。It is a figure which shows the measurement position of the tool tip R when the shear angle is given to the punch. パンチ先端エッジ部がR形状でない場合の工具先端欠落幅を定義する図である。It is a figure which defines the tool tip missing width when the punch tip edge portion is not R shape. ダイ先端エッジ部がR形状でない場合の工具先端欠落幅を定義する図である。It is a figure which defines the tool tip missing width when the die tip edge portion is not R shape. 実施例で使用した小型サーボプレスの外観写真である。It is an external photograph of the small servo press used in an Example. 実施例で使用したパンチおよびダイの直径測定結果とクリアランスを表した図表である。It is a chart which showed the diameter measurement result and clearance of a punch and a die used in an Example. 実施例で使用しただれ大パンチ先端形状の電子顕微鏡写真および形状測定結果図である。It is an electron micrograph and the shape measurement result figure of the tip shape of a drooping punch used in an Example. 実施例で使用したノーマル研削パンチ先端形状の電子顕微鏡写真および形状測定結果図である。It is an electron micrograph and the shape measurement result figure of the tip shape of a normal grinding punch used in an Example. 実施例で使用したイオン研磨パンチ先端形状の電子顕微鏡写真および形状測定結果図である。It is an electron micrograph and the shape measurement result figure of the ion polishing punch tip shape used in an Example. 実施例において加工初期段階で中間止めした試料を板厚方向に断面試料とし、電子顕微鏡で反射電子像を観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the reflected electron image with an electron microscope, using the sample which was intermediate-stopped at the initial stage of processing as a cross-sectional sample in the plate thickness direction in an Example. 実施例において、図12の反射電子像にEBSD IPF(Inverse pole figure)ND方向の解析結果を重ね合わせた図である。In the example, it is the figure which superposed the analysis result in the EBSD IPF (Inverse pole figure) ND direction on the reflected electron image of FIG. 実施例において、図12の反射電子像にEBSD KAM(Kernel average misorientation)の解析結果を重ね合わせた図である。In the example, it is the figure which superposed the analysis result of EBSD KAM (Kernel average misorientation) on the reflected electron image of FIG. 無方向性電磁鋼板の加工前の磁区構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the magnetic domain structure of the non-oriented electrical steel sheet before processing. 実施例において、図12(a)のだれ大パンチ中間止め試料の磁区構造を示す磁区構造画像である。In the example, it is a magnetic domain structure image which shows the magnetic domain structure of the drooling large punch intermediate stop sample of FIG. 12A. だれ大パンチによる中間止め資料の磁区構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the magnetic domain structure of the intermediate stop material by a big punch. 実施例において、図12(b)のノーマル研削パンチ中間止め試料の磁区構造を示す磁区構造画像である。In the example, it is a magnetic domain structure image which shows the magnetic domain structure of the normal grinding punch intermediate stop sample of FIG. 12 (b). ノーマル研削パンチによる中間止め資料の磁区構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the magnetic domain structure of the intermediate stop material by a normal grinding punch. 実施例において、図12(c)のイオン研磨パンチ中間止め試料の磁区構造を示す磁区構造画像である。In the example, it is a magnetic domain structure image which shows the magnetic domain structure of the ion polishing punch intermediate stop sample of FIG. 12C. イオン研磨パンチによる中間止め資料の磁区構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the magnetic domain structure of the intermediate stop material by an ion polishing punch. 実施例において、だれ大パンチを用いて打抜き加工した試料断面の磁区構造を示した磁区構造画像である。In the Example, it is a magnetic domain structure image which showed the magnetic domain structure of the cross section of a sample punched by using a large punch. 実施例において、ノーマル研削パンチを用いて打抜き加工した試料断面の磁区構造を示した磁区構造画像である。In the Example, it is a magnetic domain structure image which showed the magnetic domain structure of the sample cross section punched by using a normal grinding punch. 実施例において、イオン研磨パンチを用いて打抜き加工した試料断面の磁区構造を示した磁区構造画像である。In the Example, it is the magnetic domain structure image which showed the magnetic domain structure of the sample cross section punched by using an ion polishing punch. だれ大パンチ及びノーマル研削パンチによる打抜き加工品の磁区構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the magnetic domain structure of the punched product by a large punch and a normal grinding punch. イオン研磨パンチによる打抜き加工品の磁区構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the magnetic domain structure of the punched product by an ion polishing punch. 比較対象領域を定義するための模式図である。It is a schematic diagram for defining a comparison target area.

以下、本発明の実施形態である工具先端Rまたは工具欠落幅を1.5μm以下に先鋭化したパンチおよびダイによる電磁鋼板の打抜き加工方法を、図1〜図26に基づいて詳細に説明する。
なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
Hereinafter, a method of punching an electromagnetic steel sheet by a punch and a die in which the tool tip R or the tool missing width is sharpened to 1.5 μm or less, which is an embodiment of the present invention, will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 26.
The present invention is not limited to this embodiment.

[発明の原理]
本発明は電磁鋼板打抜き用工具の工具先端形状を一定寸法以下に保ち、1枚から2枚以上の複数枚の電磁鋼板を打抜く際に、打抜き時のひずみ影響範囲を小さく限定することで磁区影響範囲を限定する効果を発揮し、モータコアの鉄損を軽減するものである。
[Principle of invention]
The present invention keeps the tool tip shape of the tool for punching electrical steel sheets below a certain size, and when punching one to two or more pieces of electrical steel sheets, the strain influence range at the time of punching is limited to a small magnetic domain. It exerts the effect of limiting the range of influence and reduces the iron loss of the motor core.

[打抜き加工用金型の構成]
図1は、本発明に係る打抜き加工用金型10を示すものであり、パンチ12と、ダイ14と、ストリッパープレート16と、パンチプレート18と、バックプレート20と、スプリング22と、ダイプレート24と、ガイドポスト26で構成される。
[Construction of die for punching]
FIG. 1 shows a die 10 for punching according to the present invention, in which a punch 12, a die 14, a stripper plate 16, a punch plate 18, a back plate 20, a spring 22, and a die plate 24 are shown. And the guide post 26.

ガイドポスト26の下端側はダイプレート24に固定されると共に、その上端側はストリッパープレート16及びパンチプレート18に形成された貫通孔内に挿通されている。
また、パンチ12の下端側はストリッパープレート16の貫通孔内に挿入されると共に、その上端側はパンチプレート18を貫通してバックプレート20に固定されている。
ストリッパープレート16とダイプレート24との間には、被加工材28としての電磁鋼板が配置されている。
The lower end side of the guide post 26 is fixed to the die plate 24, and the upper end side thereof is inserted into the through holes formed in the stripper plate 16 and the punch plate 18.
Further, the lower end side of the punch 12 is inserted into the through hole of the stripper plate 16, and the upper end side thereof penetrates the punch plate 18 and is fixed to the back plate 20.
An electromagnetic steel plate as a work material 28 is arranged between the stripper plate 16 and the die plate 24.

ここで、図示しないプレス機からの押圧力がパンチプレート18に加えられると、パンチ12が下降してダイ14との間で被加工材28を打ち抜く。
この際、ストリッパープレート16に加わる板押さえ力により、被加工材28を平坦に保った状態で、パンチ12を被加工材28から引きはがすことが可能となる。
Here, when a pressing force from a press machine (not shown) is applied to the punch plate 18, the punch 12 descends and punches the work piece 28 with the die 14.
At this time, the punch 12 can be peeled off from the work material 28 while the work material 28 is kept flat by the plate pressing force applied to the stripper plate 16.

パンチ12およびダイ14に用いる材料には特に限定はないが、パンチ先端のエッジ部とダイ先端エッジ部の工具先端形状は、工具先端Rでそれぞれ1.5 μm以下に先鋭化した状態を確保する。
すなわち、図4(a)に示すように、パンチ12に予めシャー角が付与される場合には、図4(b)に示すように、パンチ底部のシャー角とパンチ側面が交わる位置のR部分を、「工具先端R」とする。
The materials used for the punch 12 and the die 14 are not particularly limited, but the tool tip shapes of the punch tip edge portion and the die tip edge portion are ensured to be sharpened to 1.5 μm or less at the tool tip R, respectively.
That is, as shown in FIG. 4A, when the punch 12 is given a shear angle in advance, as shown in FIG. 4B, the R portion at the position where the shear angle at the bottom of the punch and the side surface of the punch intersect. Let be "tool tip R".

また、パンチ12の工具先端形状がR形状でない場合は、図5に示すように、パンチ底面側でエッジが欠けた幅Aと、パンチ側面側でエッジ部が欠けた幅Bを、「工具先端欠落幅」として扱う。
この場合、幅Aと幅Bは、それぞれ1.5 μm以内である状態を確保する。
When the tool tip shape of the punch 12 is not R-shaped, as shown in FIG. 5, the width A in which the edge is missing on the punch bottom surface side and the width B in which the edge portion is missing on the punch side surface side are referred to as “tool tip”. Treat as "missing width".
In this case, the width A and the width B are ensured to be within 1.5 μm, respectively.

ダイ14の工具先端形状がR形状でない場合は、図6に示すように、ダイ上面側でエッジが欠けた幅Cと、ダイ側面側でエッジ部が欠けた幅Dを、「工具先端欠落幅」として扱う。
この場合、幅Cと幅Dは、それぞれ1.5 μm以内である状態を確保する。
When the tool tip shape of the die 14 is not R-shaped, as shown in FIG. 6, the width C in which the edge is missing on the upper surface side of the die and the width D in which the edge portion is missing on the side surface side of the die are referred to as "tool tip missing width". Treat as.
In this case, the width C and the width D are ensured to be within 1.5 μm, respectively.

[打抜き材料と打抜き条件]
被加工材である電磁鋼板の板厚や積層枚数は限定しない。
また、打抜き加工条件としてのクリアランスや板押さえ力、打抜き加工速度についても限定をせず、打抜き加工を行う。
[Punching material and punching conditions]
The thickness and number of laminated electromagnetic steel sheets to be processed are not limited.
In addition, punching is performed without limiting the clearance, plate pressing force, and punching speed as punching conditions.

電磁鋼板打抜きにおける工具先端形状がひずみ影響範囲を限定し、磁区影響範囲を限定することを実証するため、以下の実験から効果を確かめた。
プレス機は、図7に示すように、10kNの小型サーボプレスを用いた。金型には特許第6240864号を適用した、ナノメートル精度のデジタルクリアランス調整金型を用いた。
この金型は、ダイの直下にピエゾ式のデジタル制御ステージを組み込んでおり、クリアランスの偏りを0.04 μmの分解能でデジタルに調整が可能である。
したがって、クリアランスをナノメートル単位で偏りの無い状態に保持した上で、打抜き加工を実現できる。
このため、打抜いた穴の左右に存在する結晶粒がひずみによって影響を受けた加工影響部を、偏りなく再現できる。
In order to demonstrate that the shape of the tool tip in punching of electrical steel sheets limits the range of influence of strain and the range of influence of magnetic domains, the effect was confirmed from the following experiments.
As the press machine, as shown in FIG. 7, a small servo press of 10 kN was used. A nanometer-precision digital clearance adjustment mold to which Japanese Patent No. 6240864 was applied was used as the mold.
This mold incorporates a piezo-type digital control stage directly under the die, and the clearance bias can be digitally adjusted with a resolution of 0.04 μm.
Therefore, punching can be realized while maintaining the clearance in nanometer units without bias.
Therefore, it is possible to reproduce the processing affected portion in which the crystal grains existing on the left and right of the punched hole are affected by the strain without bias.

実験に使用するパンチには、超々微粒子超硬を用いた。ダイには、超微粒子超硬を用いた。
パンチ径をφ0.6 mmで設定し、クリアランスを1.8%として、ダイ径はφ0.618 mmとした。
Ultra-fine particle cemented carbide was used as the punch used in the experiment. Ultrafine particle cemented carbide was used as the die.
The punch diameter was set to φ0.6 mm, the clearance was set to 1.8%, and the die diameter was set to φ0.618 mm.

パンチ先端形状は3種類を準備した。
1つ目は、通常のノーマル研削パンチの先端部をダイヤモンド砥石で研削し、先端Rを8 μm程度まで大きくした「だれ大パンチ」である。
2つ目は、一般的な研削仕上げを施した「ノーマル研削パンチ」である。
3つ目は、ノーマル研削パンチに対して、アルゴンイオンによる研磨を施した「イオン研磨パンチ」である。
ダイは、ノーマル研削仕上げとした。
Three types of punch tip shapes were prepared.
The first is a "large punch" in which the tip of a normal normal grinding punch is ground with a diamond grindstone and the tip R is increased to about 8 μm.
The second is a "normal grinding punch" with a general grinding finish.
The third is an "ion polishing punch" in which a normal grinding punch is polished with argon ions.
The die has a normal grinding finish.

製作したパンチとダイの直径と、算出したクリアランスを図8に示す。
パンチおよびダイの外径および内径は、Panasonic(登録商標)社製の超高精度三次元測定器(UA3P-400L)で測定した。
The diameters of the manufactured punch and die and the calculated clearance are shown in FIG.
The outer and inner diameters of the punch and die were measured with an ultra-high precision coordinate measuring device (UA3P-400L) manufactured by Panasonic (registered trademark).

パンチ先端形状の電子顕微鏡結果および先端Rの形状測定結果を、図9〜図11に示す。また、ダイの形状測定結果を図12に示す。
パンチおよびダイの先端形状測定は、三鷹光器(登録商標)社製の全周三次元測定装置(MLP-3)で測定した。
The electron microscope results of the punch tip shape and the shape measurement results of the tip R are shown in FIGS. 9 to 11. The die shape measurement result is shown in FIG.
The tip shape of the punch and die was measured with an all-around three-dimensional measuring device (MLP-3) manufactured by Mitaka Kohki (registered trademark).

打抜き実験は、被加工材を0.5mm厚の無方向性電磁鋼板として実施した。
上記3種類のパンチを、1つのダイで順番に打抜き加工した。
打抜き加工は、イオン研磨パンチ、ノーマル研削パンチ、だれ大パンチの順番で行った。
各パンチで、始めに被加工材がパンチに接触してから約0.1 mm位置で中間止めした試料を3ショット分製作した。
この後に、10ショットの打抜き加工を行った。
打抜き加工速度は、実測値で4.5 mm/sである。
The punching experiment was carried out as a non-oriented electrical steel sheet with a thickness of 0.5 mm.
The above three types of punches were punched in order with one die.
The punching process was performed in the order of ion polishing punch, normal grinding punch, and large punch.
For each punch, a sample was prepared for 3 shots in which the work material first came into contact with the punch and then intermediately stopped at a position of about 0.1 mm.
After this, 10 shots were punched out.
The punching speed is 4.5 mm / s as measured.

中間止めと穴を打抜いた試料を、それぞれ穴の中心位置まで機械研磨し、断面観察用試料を作成した。
機械研磨後には、アルゴンイオンで試料表面を研磨し、機械研磨によるひずみの除去を行った。
The intermediate stopper and the sample punched out of the hole were mechanically polished to the center position of each hole to prepare a sample for cross-section observation.
After mechanical polishing, the sample surface was polished with argon ions to remove strain by mechanical polishing.

製作した断面観察試料を用いて電子顕微鏡によって反射電子像を取得し、この後に電子線後方解析EBSD(Electron backscatter diffraction)によって結晶方位解析を行った。 A reflected electron image was obtained by an electron microscope using the prepared cross-sectional observation sample, and then crystal orientation analysis was performed by electron backscatter diffraction (EBSD).

続いて、EBSD解析を行った試料に対しカー効果顕微鏡により磁界を±1000O e付加し、磁区画像を23段階に分割して取得した。
磁界付加の条件は、始めに−1000Oeを付加してから+1000Oeまで磁区反転させ、続いて−1000Oeに再度磁区反転させた。
Subsequently, a magnetic field of ± 1000 O e was applied to the sample subjected to EBSD analysis by a Kerr effect microscope, and the magnetic domain image was acquired by dividing it into 23 steps.
The conditions for applying the magnetic field were that -1000Oe was first added, then the magnetic domain was inverted to + 1000Oe, and then the magnetic domain was inverted again to -1000Oe.

磁区コントラストは、最もコントラストが強く表れた2か所のデータを取得した。
具体的には−1000Oeから+1000Oeを付加した前半の経路における−233Oeのデータと、+1000Oeから−1000Oeを付加した後半の経路で+233Oeである。
As for the magnetic domain contrast, the data of the two places where the contrast was the strongest were acquired.
Specifically, it is -233Oe data in the first half route with -1000Oe to + 1000Oe added, and + 233Oe in the second half route with + 1000Oe to -1000Oe added.

取得した磁区コントラストでは濃淡が薄く磁区構造の判別が容易ではないため、画像処理を加えて磁区構造の判別性を上げた。
すなわち、−233Oeと+233Oeの2つの画像を重ね、磁区反転している部分を白色、磁壁として磁区が反転していない部分を黒に表示するように、Adobe(登録商標)社製の写真編集ソフトであるPhotoshop(登録商標)Elements 2019を用いて差分画像を取得した。
この画像差分を255分の8の割合で白黒濃淡の強調処理を行うことで、磁区構造画像とした。
Since the acquired magnetic domain contrast is too thin to distinguish the magnetic domain structure, image processing was added to improve the distinguishability of the magnetic domain structure.
That is, photo editing software manufactured by Adobe (registered trademark) so that two images of -233Oe and + 233Oe are superimposed and the part where the magnetic domain is inverted is displayed in white and the part where the magnetic domain is not inverted as a domain wall is displayed in black. The difference image was acquired using Photoshop (registered trademark) Elements 2019.
This image difference was subjected to black-and-white shading enhancement processing at a ratio of 8/255 to obtain a magnetic domain structure image.

図12は、パンチ接触位置から0.1 mmの位置で打抜き加工を中間止めした試料の、SEMによる反射電子像である。
(a)だれ大パンチ、(b)ノーマル研削パンチ、(c)イオン研磨パンチでそれぞれ加工された無方向性電磁鋼板の結晶粒は、パンチとダイを結ぶラインの左右に、ひずみを受けて結晶粒界が視認しにくくなった結晶粒が存在し、加工影響部が帯状に発生していることがわかる。
FIG. 12 is an SEM-reflected electron image of a sample whose punching process is intermediately stopped at a position 0.1 mm from the punch contact position.
The crystal grains of the non-directional electromagnetic steel plate processed by (a) large punch, (b) normal grinding punch, and (c) ion polishing punch are strained to the left and right of the line connecting the punch and die. It can be seen that there are crystal grains whose grain boundaries are difficult to see, and the processing-affected parts are generated in a band shape.

図13は、図12の反射電子像に対し、パンチ先端とダイ先端部を結んだ線を中心にEBSD解析を行った結果を重ね合わせた図である。
EBSD解析は、図の左右方向に180 μm、上下方向に550 μmの範囲を0.3 μmピッチで測定した。
図では、EBSD解析結果の内、IPF ND方向の測定結果を重ねている。IPF図は、結晶方位と粒界を表示可能である。
FIG. 13 is a diagram in which the results of EBSD analysis performed on the reflected electron image of FIG. 12 centered on the line connecting the punch tip and the die tip are superimposed.
EBSD analysis measured a range of 180 μm in the horizontal direction and 550 μm in the vertical direction at a pitch of 0.3 μm.
In the figure, the measurement results in the IPF ND direction are superimposed on the EBSD analysis results. The IPF diagram can display the crystal orientation and grain boundaries.

この図13内に表示したEBSD IPF NDの解析結果から、(a)だれ大パンチ、(b)ノーマル研削パンチ、(c)イオン研磨パンチのそれぞれで、加工影響部における結晶粒内部の結晶方位が変化していることがわかる。パンチ先端部から被加工材内部に向かって、黒い粒界が直線的に伸びている。この直線部は転位が生じた部分であり、相当塑性ひずみが生じた部分である。 From the analysis results of EBSD IPF ND displayed in FIG. 13, the crystal orientation inside the crystal grains in the processing-affected part is determined by each of (a) large punch, (b) normal grinding punch, and (c) ion polishing punch. You can see that it is changing. Black grain boundaries extend linearly from the tip of the punch toward the inside of the work piece. This linear portion is a portion where dislocations have occurred and is a portion where considerable plastic strain has occurred.

図14は、図13のEBSD IPF ND方向解析結果を、EBSDのKAM解析結果に置き換えた図である。
KAMは、測定点の隣接6点の測定点との結晶方位差を角度の平均値として表す図である。
一般に、KAMの測定結果は、相当塑性ひずみと対応することが知られている。この図から、結晶方位差が2°程度生じた図中灰色で示された部分には、各パンチで違いが表れた。
FIG. 14 is a diagram in which the EBSD IPF ND direction analysis result of FIG. 13 is replaced with the KAM analysis result of EBSD.
KAM is a diagram showing the crystal orientation difference between the measurement points at six adjacent measurement points as an average value of angles.
In general, it is known that the measurement result of KAM corresponds to the equivalent plastic strain. From this figure, the difference was shown in each punch in the part shown in gray in the figure in which the crystal orientation difference was about 2 °.

すなわち、(a)だれ大パンチ、(b)ノーマル研削パンチの2つのパンチでは、パンチ先端下部に灰色部分の広がりは限定されているが、(c)イオン研磨パンチでは、パンチ先端直下が黒色の結晶方位差5°が生じた部分で、この下側に灰色の結晶方位差が2°程度の部分が図の上下左右に広がっていることがわかる。
図10で示したノーマルパンチの先端Rは、左右の平均で1.68 μmであり、図11のイオン研磨パンチでは1.18 μmであった。
2つのパンチの先端R差は0.5 μmであるが、打抜き加工中に結晶方位差を2°程度生じ、相当塑性ひずみが加わる加工影響範囲が異なることが示された。
That is, in the two punches (a) large punch and (b) normal grinding punch, the spread of the gray part is limited at the bottom of the punch tip, but in (c) the ion polishing punch, the area directly below the punch tip is black. It can be seen that in the portion where the crystal orientation difference of 5 ° occurs, the portion where the gray crystal orientation difference of about 2 ° extends below this portion extends vertically and horizontally in the figure.
The tip R of the normal punch shown in FIG. 10 was 1.68 μm on average on the left and right, and 1.18 μm in the ion polishing punch of FIG.
Although the R difference between the tips of the two punches is 0.5 μm, it was shown that a crystal orientation difference of about 2 ° occurs during punching, and the processing influence range to which a considerable plastic strain is applied is different.

つぎに、打抜き加工による磁区の変化について考察する。
図15は、加工前の無方向性電磁鋼板の磁区構造を示す模式図であり、図中白色で示された磁区と、灰色で示された磁区が任意の方向に散在しているのがわかる。
Next, the change in magnetic domain due to punching will be considered.
FIG. 15 is a schematic view showing the magnetic domain structure of the non-oriented electrical steel sheet before processing, and it can be seen that the magnetic domains shown in white and the magnetic domains shown in gray are scattered in any direction in the figure. ..

図16は、図12(a)のだれ大パンチ加工品の磁区構造を示した磁区構造画像である。磁化方向は、図で左右方向としている。
図12(a)と図16の対比から、図12(a)ではひずみを確認できなかった打抜き後に残される部分(図16の右側部分)の結晶粒には、不均質に磁区が形成されていることがわかる。
図16の左側の打抜かれる材料側でも、複雑な磁区構造が認められる。
図中白の矢印で示した部分は、磁化方向に対して90°回転した、図中上下(縦)方向に磁区が整列した箇所である。
図17は、だれ大パンチによる中間止め資料の磁区構造を示す模式図であり、弾性ひずみによって図の縦方向に磁区が発生した様子が描かれている。
FIG. 16 is a magnetic domain structure image showing the magnetic domain structure of the large punched product of FIG. 12 (a). The magnetization direction is the left-right direction in the figure.
From the comparison between FIGS. 12 (a) and 16 (a), magnetic domains were formed heterogeneously in the crystal grains of the portion (the right portion of FIG. 16) left after punching in which strain could not be confirmed in FIG. 12 (a). You can see that there is.
A complex magnetic domain structure is also observed on the punched material side on the left side of FIG.
The portion indicated by the white arrow in the figure is a portion where the magnetic domains are aligned in the vertical (vertical) direction in the figure, which is rotated by 90 ° with respect to the magnetization direction.
FIG. 17 is a schematic view showing the magnetic domain structure of the intermediate stop material by the large punch, and shows how the magnetic domain is generated in the vertical direction of the figure due to elastic strain.

だれ大パンチでは、せん断応力はパンチ先端部に集中せず、広範に分散すると考えられる。無方向性電磁鋼板が弾性ひずみによって磁区が変化することは、非特許文献1で報告されている。
図16の中間止め試料では、試料内部にせん断応力が弾性ひずみとして蓄積しており、図中矢印で示した縦筋状の磁区が弾性ひずみ起因である可能性がある。
縦筋状の磁区が磁化方向と90°回転しているため、この部分は磁壁移動の阻害要因となることから、鉄損が増加すると考えられる。
In a large punch, the shear stress is considered to be widely dispersed rather than concentrated at the tip of the punch. It is reported in Non-Patent Document 1 that the magnetic domain of a non-oriented electrical steel sheet changes due to elastic strain.
In the intermediate stop sample of FIG. 16, shear stress is accumulated as elastic strain inside the sample, and the vertical streak-shaped magnetic domain indicated by the arrow in the figure may be caused by the elastic strain.
Since the vertical streak-shaped magnetic domain is rotated by 90 ° with respect to the magnetization direction, this portion becomes an obstacle to the movement of the domain wall, and it is considered that the iron loss increases.

図18は、図12(b)のノーマル研削パンチ中間止め加工品の磁区構造を示した磁区構造画像である。
図12(b)と図18の対比から、図12(b)ではひずみを確認できなかった打抜き後に残される部分(図18の右側部分)の結晶粒には、不均質に磁区が形成されていることがわかる。
図18の左側の打抜かれる材料側でも、複雑な磁区構造が認められる。
図中白の矢印で示した部分は、磁化方向に対して90°回転した、図中縦方向に磁区が整列した箇所である。
FIG. 18 is a magnetic domain structure image showing the magnetic domain structure of the normal grinding punch intermediate stop processed product of FIG. 12 (b).
From the comparison between FIGS. 12 (b) and 18 (b), magnetic domains were formed heterogeneously in the crystal grains of the portion (the right portion of FIG. 18) left after punching in which strain could not be confirmed in FIG. 12 (b). You can see that there is.
A complex magnetic domain structure is also observed on the punched material side on the left side of FIG.
The portion indicated by the white arrow in the figure is a portion where the magnetic domains are aligned in the vertical direction in the figure, which is rotated by 90 ° with respect to the magnetization direction.

図16のだれ大パンチ加工品の縦筋状の磁区は、同図右側の打抜き後に残される部分にも広がっていたが、図18では、図中左側の打抜かれる材料部分に白矢印が集中している。
図18には、白黒縞模様の矢印で示した磁区が灰色で拡大している範囲が存在している。この部分は、図13(b)で結晶方位差が5°生じた部分と対応しており、相当塑性ひずみが加わることで磁区構造が変化したと考えられる。
灰色で同じ色の磁区が広がると、磁区反転時に磁壁移動が困難となり、渦電流損が増加することが知られている。
The vertical streaky magnetic domains of the large punched product in FIG. 16 also spread to the part left after punching on the right side of the figure, but in FIG. 18, the white arrows are concentrated on the material part to be punched on the left side in the figure. doing.
In FIG. 18, there is a region in which the magnetic domain indicated by the black-and-white striped arrow is enlarged in gray. This portion corresponds to the portion where the crystal orientation difference is 5 ° in FIG. 13 (b), and it is considered that the magnetic domain structure has changed due to the addition of equivalent plastic strain.
It is known that when a gray magnetic domain of the same color spreads, it becomes difficult to move the domain wall when the magnetic domain is inverted, and the eddy current loss increases.

図19は、ノーマル研削パンチによる中間止め資料の磁区構造を示す模式図であり、上記縦方向に発生した磁区が、打ち抜かれる材料側に存在していることが表されている。
また、塑性ひずみの影響で磁区範囲が拡大した磁区が、パンチ先端直下に存在している。
FIG. 19 is a schematic view showing the magnetic domain structure of the intermediate stop material by the normal grinding punch, and shows that the magnetic domain generated in the vertical direction exists on the material side to be punched.
In addition, a magnetic domain whose magnetic domain range has been expanded due to the influence of plastic strain exists immediately below the punch tip.

図20は、図12(c)のイオン研磨パンチ中間止め加工品の磁区構造を示した磁区構造画像である。
図12(c)と図20の対比から、図20でも他のパンチ加工品と同様に、不均質に磁区構造が分布していることがわかる。
図20では、白の矢印で示した縦筋状の磁区は3ヶ所に留まり、他パンチ加工品よりも影響範囲が少ないと言える。
白黒縞模様の矢印で示した灰色の磁区の広がりは、図18のノーマル研削パンチ加工品よりも範囲が広がっている。この灰色磁区の広がりは、図14(c)の結晶方位差が2°程度に広がっている部分と対応しており、相当塑性ひずみが加わった部分で磁区構造が変化したと考えられる。
FIG. 20 is a magnetic domain structure image showing the magnetic domain structure of the ion polishing punch intermediate stop processed product of FIG. 12 (c).
From the comparison between FIG. 12 (c) and FIG. 20, it can be seen that the magnetic domain structure is unevenly distributed in FIG. 20 as in the case of other punched products.
In FIG. 20, the vertical streak-shaped magnetic domains indicated by the white arrows remain at three locations, and it can be said that the range of influence is smaller than that of other punched products.
The extent of the gray magnetic domain indicated by the black-and-white striped arrow is wider than that of the normal grinding punched product of FIG. The spread of this gray magnetic domain corresponds to the portion where the crystal orientation difference in FIG. 14 (c) is widened to about 2 °, and it is considered that the magnetic domain structure changed in the portion where a considerable plastic strain was applied.

図21は、イオン研磨パンチによる中間止め資料の磁区構造を示す模式図であり、弾性ひずみ影響による縦方向の磁区はノーマル研削パンチ品よりも減少すると共に、塑性ひずみ影響で磁区範囲が拡大した磁区は、ノーマル研削パンチよりも範囲が拡大している。 FIG. 21 is a schematic view showing the magnetic domain structure of the intermediate stop material by the ion polishing punch. The magnetic domain in the vertical direction due to the influence of elastic strain is smaller than that of the normal grinding punch product, and the magnetic domain range is expanded due to the influence of plastic strain. Has a wider range than the normal grinding punch.

図20と図14(c)から、イオン研磨パンチではパンチ先端からダイ先端を結んだ線状に相当塑性ひずみが集中し、且つ、図20の白矢印で示した弾性ひずみに起因する縦筋状磁区の影響も少なくなっている。
このことは、イオン研磨パンチの先端R平均値1.18 μmによって弾性ひずみと相当塑性ひずみがパンチ先端とダイ先端を結んだ線状に集中する効果が表れ、磁区構造変化を最小に抑える効果を生んでいると言える。
From FIGS. 20 and 14 (c), in the ion polishing punch, the corresponding plastic strain is concentrated in the linear shape connecting the punch tip and the die tip, and the vertical streaks caused by the elastic strain indicated by the white arrow in FIG. 20. The influence of magnetic domains is also reduced.
This has the effect that the elastic strain and the equivalent plastic strain are concentrated in a line connecting the punch tip and the die tip due to the R average value of 1.18 μm at the tip of the ion polishing punch, which has the effect of minimizing the magnetic domain structural change. It can be said that there is.

図22は、だれ大パンチを用いて打抜き加工を終了した試料の磁区構造画像である。
図中白黒縞模様で示した矢印部分は、磁区幅が広がり加工影響を受けた結晶粒である。
図16の中間止めした試料に現れていた縦筋状の磁区は、消失している。このことは、今回の観察範囲では、弾性ひずみによる影響が、打抜き終了時までに白黒縞模様で示した矢印部の磁区構造変化に置き換わったと考えられる。
図22では、観察範囲の大部分で磁区構造がせん断初期段階から大きく変化しており、既報の非特許文献1と同様の傾向を示した。
FIG. 22 is a magnetic domain structure image of a sample that has been punched using a large punch.
The arrow portion shown by the black-and-white striped pattern in the figure is a crystal grain whose magnetic domain width is widened and is affected by processing.
The vertical streaks appearing in the intermediate-stopped sample of FIG. 16 have disappeared. It is considered that this is because in the observation range this time, the influence of the elastic strain was replaced by the change in the magnetic domain structure of the arrow part shown by the black and white striped pattern by the end of punching.
In FIG. 22, the magnetic domain structure changed significantly from the initial stage of shearing in most of the observation range, and showed the same tendency as the previously reported Non-Patent Document 1.

図23は、ノーマル研削パンチを用いて打抜き加工を終了した試料の磁区構造画像である。
図23のノーマル研削パンチ打抜き品は、図22のだれ大パンチ打抜き品と同様に、打抜かれた材料内部の磁区構造は、図18の中間止め加工時の磁区構造から大きく変化している。
通常工法である、ノーマル研削パンチ打抜き品の磁区構造は、既報の非特許文献1と同様の傾向を示した。
FIG. 23 is a magnetic domain structure image of a sample that has been punched using a normal grinding punch.
In the normal grinding punch punched product of FIG. 23, the magnetic domain structure inside the punched material is significantly changed from the magnetic domain structure at the time of the intermediate stop processing of FIG. 18, similar to the drool large punch punched product of FIG.
The magnetic domain structure of the normal grinding punch punched product, which is a normal construction method, showed the same tendency as that of the previously reported Non-Patent Document 1.

図24は、イオン研磨パンチを用いて打抜き加工を終了した試料の磁区構造画像である。
図24のイオン研磨パンチの磁区構造は、図20の中間止め加工品の磁区構造から大きく変化していない。
特に、白黒縞模様矢印で示した、磁区幅拡大箇所は2か所に限定されている。
このことは、図24のイオン研磨パンチでは、図22、図23で示した他の2パンチに対して、打抜き加工進行に伴って磁区構造が変化しないことが実証されたと言える。
FIG. 24 is a magnetic domain structure image of a sample that has been punched using an ion polishing punch.
The magnetic domain structure of the ion polishing punch of FIG. 24 has not changed significantly from the magnetic domain structure of the intermediate stop processed product of FIG. 20.
In particular, the magnetic domain width expansion locations indicated by the black-and-white striped arrows are limited to two locations.
It can be said that it was demonstrated that the ion polishing punch of FIG. 24 does not change the magnetic domain structure as the punching process progresses with respect to the other two punches shown in FIGS. 22 and 23.

図25は、だれ大パンチ及びノーマル研削パンチによる打抜き品の磁区構造を示す模式図であり、図中の黒白で示された範囲が、せん断加工によって磁区が変化した範囲を示している。
図示の通り、せん断加工前の磁区長さをL0とし、せん断加工によって磁区が変化した部分の磁区長さをL1とすると、L1>L0の関係が成立している。
また、せん断加工によって変化した磁区は、L1>L0となる範囲が穴の周辺だけでなく、穴の上面側(パンチ側)や穴の下面側(ダイ側)にも広がっている。
FIG. 25 is a schematic view showing the magnetic domain structure of a punched product by a large punch and a normal grinding punch, and the range shown in black and white in the figure shows the range in which the magnetic domain is changed by shearing.
As shown in the figure, if the magnetic domain length before shearing is L0 and the magnetic domain length of the portion where the magnetic domain is changed by shearing is L1, the relationship of L1> L0 is established.
In addition, the magnetic domain changed by shearing extends not only around the hole but also on the upper surface side (punch side) and the lower surface side (die side) of the hole in the range where L1> L0.

これに対し図26は、イオン研磨パンチによるせん断加工時の磁区構造を示す模式図であり、図示の通り、イオン研磨を施し、パンチ先端Rを1.18μmとした実施例では、磁区はせん断加工の前後でほとんど変化せず、一部が塑性ひずみによって磁区幅が拡大したのみである。 On the other hand, FIG. 26 is a schematic view showing the magnetic domain structure during shearing with an ion polishing punch. As shown in the drawing, in the embodiment in which ion polishing was performed and the punch tip R was 1.18 μm, the magnetic domain was sheared. There was almost no change before and after, and only a part of the magnetic domain width expanded due to plastic strain.

図27は、打抜き後の被加工品30の断面を示す模式図であり、穴の内面の板厚に相当する縦寸法t1と、被加工品の内側に向かう板厚に相当する横寸法t2を備えた、略正方形状の比較対象領域Sを定義するものである。 FIG. 27 is a schematic view showing a cross section of the work piece 30 after punching, and has a vertical dimension t1 corresponding to the plate thickness of the inner surface of the hole and a horizontal dimension t2 corresponding to the plate thickness toward the inside of the work piece. It defines a substantially square-shaped comparison target area S.

ここで、図22、図23及び図25から、ダレ大パンチ打抜き品とノーマル研削パンチ打抜き品の磁区は、打抜き前後で磁区の長さや幅が伸びて形状が変化した部分(磁区影響範囲)が、比較対象領域Sにおいて70%程度まで広がっていることがわかる。
これに対し、図24及び図26で示したイオン研磨パンチ打抜き品では、磁区影響範囲は比較対象領域Sにおいて5%程度にとどまっている。
すなわち、イオン研磨パンチ打抜き品は、磁区影響範囲がだれ大パンチやノーマル研削パンチの打抜き品に対し、10分の1以下に抑制できることがわかる。
Here, from FIGS. 22, 23, and 25, the magnetic domains of the large-drip punch punched product and the normal grinding punch punched product have a portion (magnetic domain influence range) in which the length and width of the magnetic domain are extended and the shape is changed before and after punching. It can be seen that the comparison target area S extends to about 70%.
On the other hand, in the ion-polished punch punched products shown in FIGS. 24 and 26, the magnetic domain influence range is only about 5% in the comparison target region S.
That is, it can be seen that the ion-polished punch punched product can suppress the magnetic domain influence range to 1/10 or less of that of the punched product of a large punch or a normal grinding punch.

なお、本発明は電磁鋼板の打抜き加工に際して生じる特性劣化の低減を目的として開発されたものではあるが、打抜き加工時のひずみによる影響範囲を低減するという効果は電磁鋼板以外の金属材に広く適用可能であることは言うまでもなく、従って加工対象物が電磁鋼板に限定されることもなく、金属薄板の打抜き加工に広く適用可能である。 Although the present invention was developed for the purpose of reducing characteristic deterioration that occurs during punching of electrical steel sheets, the effect of reducing the range of influence due to strain during punching is widely applied to metal materials other than electrical steel sheets. Needless to say, it is possible, and therefore, the object to be processed is not limited to the electrical steel sheet, and it can be widely applied to the punching process of thin metal sheets.

10 打抜き加工用金型
12 パンチ
14 ダイ
16 ストリッパープレート
18 パンチプレート
20 バックプレート
22 スプリング
24 ダイプレート
26 ガイドポスト
28 被加工材(電磁鋼板)
30 被加工品
S 比較対象領域
10 Die for punching
12 punch
14 die
16 stripper plate
18 punch plate
20 back plate
22 spring
24 die plate
26 Guide post
28 Work material (electrical steel sheet)
30 Processed product S Comparison target area

Claims (5)

金属薄板の打抜き加工に用いる金型であって、パンチ及びダイの少なくとも一方の工具先端半径または工具欠落幅が、1.5μm以下に設定されていることを特徴とする打抜き加工用金型。 A die used for punching a thin metal plate, wherein at least one tool tip radius of a punch and a die or a tool missing width is set to 1.5 μm or less. パンチ及びダイの先端に対してイオン研磨を施すことにより、工具先端半径または工具欠落幅を1.5μm以下に設定することを特徴とする打抜き加工用金型の製造方法。 A method for manufacturing a punching die, which comprises setting the tool tip radius or the tool missing width to 1.5 μm or less by performing ion polishing on the tips of punches and dies. 請求項1項に記載の打抜き加工用金型を用いて、金属薄板を1枚または複数枚を積層した上で打抜き加工を行うことを特徴とする打抜き加工方法。 A punching process method according to claim 1, wherein the punching process is performed after stacking one or a plurality of thin metal plates using the punching die. 上記金属薄板が、電磁鋼板よりなることを特徴とする請求項3に記載の打抜き加工方法。 The punching method according to claim 3, wherein the thin metal plate is made of an electromagnetic steel plate. 請求項3または4に記載の打抜き加工方法によって加工された被加工品であって、打ち抜かれた穴の断面における板厚に相当する縦寸法と、被加工品の内側に向かう板厚に相当する横寸法を備えた略正方形状の領域中で、打抜き前後で磁区の形状や寸法に変化が生じた部分が25%以下であることを特徴とする被加工品。 A work piece processed by the punching method according to claim 3 or 4, which corresponds to a vertical dimension corresponding to a plate thickness in a cross section of a punched hole and a plate thickness toward the inside of the work piece. A work piece characterized in that, in a substantially square region having horizontal dimensions, the portion where the shape and dimensions of magnetic domains change before and after punching is 25% or less.
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