JP2022031207A - Shear processing device and manufacturing method of processed material using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、せん断加工装置、及び、当該せん断加工装置を用いて加工材を製造する方法を開示する。 The present application discloses a shearing machine and a method of manufacturing a processed material using the shearing machine.
特許文献1にはパンチとダイとを用いて鋼材をせん断して加工材を得る技術が開示されている。特許文献1においては、パンチで打ち抜かれた抜き材の破断面を、加工材の破断面に押し付けることにより、加工材の破断面の引張残留応力を低減している。
特許文献2にはシャー切断工具にクロム系のコーティング層を設ける技術が開示されている。特許文献2に開示された技術によれば、シャー切断工具のコーティング層の剥離が抑制される。
特許文献1に開示されているように、鋼材をせん断して得られる加工材においては、破断面の引張残留応力が大きくなる場合がある。鋼材をせん断して加工材を得る場合に、加工材の破断面の引張残留応力を低減可能な新たな技術が必要である。
As disclosed in
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
第1刃と第2刃とを備えるせん断加工装置であって、
前記第1刃と前記第2刃とが相対的に移動可能に構成されており、
前記第1刃が第1底面と第1側面と第1先端部とを有し、
前記第2刃が第2底面と第2側面と第2先端部とを有し、
前記第1先端部の摩擦係数が、前記第2先端部の摩擦係数よりも大きい、
せん断加工装置
を開示する。
The present application is one of the means for solving the above problems.
A shearing machine equipped with a first blade and a second blade.
The first blade and the second blade are configured to be relatively movable.
The first blade has a first bottom surface, a first side surface, and a first tip portion.
The second blade has a second bottom surface, a second side surface, and a second tip portion.
The coefficient of friction of the first tip is larger than the coefficient of friction of the second tip.
Disclose the shearing equipment.
本開示のせん断加工装置において、前記第1先端部の摩擦係数が、前記第2先端部の摩擦係数の1.5倍以上であってもよい。 In the shearing apparatus of the present disclosure, the friction coefficient of the first tip portion may be 1.5 times or more the friction coefficient of the second tip portion.
本開示のせん断加工装置において、前記第1先端部の摩擦係数が、前記第2先端部の摩擦係数の2.0倍以上であってもよい。 In the shearing apparatus of the present disclosure, the friction coefficient of the first tip portion may be 2.0 times or more the friction coefficient of the second tip portion.
本開示のせん断加工装置において、前記第2先端部に第2コーティングが施されていてもよい。 In the shearing apparatus of the present disclosure, the second tip portion may be coated with a second coating.
本開示のせん断加工装置において、前記第2先端部に第2コーティングが施されていてもよく、前記第1先端部に第1コーティングが施されていてもよく、前記第2コーティングの剥離寿命が前記第1コーティングの剥離寿命よりも長くてもよい。 In the shearing apparatus of the present disclosure, the second tip portion may be coated with the second coating, the first tip portion may be coated with the first coating, and the peeling life of the second coating is long. It may be longer than the peeling life of the first coating.
本開示のせん断加工装置において、前記第1先端部の表面粗さが、前記第2先端部の表面粗さよりも大きくてもよい。 In the shearing apparatus of the present disclosure, the surface roughness of the first tip portion may be larger than the surface roughness of the second tip portion.
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
上記本開示のせん断加工装置を用いて加工材を製造する方法であって、
前記第1刃と前記第2刃との間に鋼材を配置すること、ここで前記鋼材は第1面と前記第1面とは反対側の第2面とを有し、前記第1刃の前記第1底面が前記第1面と接触し、前記第2刃の前記第2底面が前記第2面と接触する、及び、
前記第1刃と前記第2刃とを相対的に移動させて前記鋼材をせん断すること、
を含む、加工材の製造方法
を開示する。
The present application is one of the means for solving the above problems.
It is a method of manufacturing a processed material by using the shearing processing apparatus of the present disclosure.
Arranging a steel material between the first blade and the second blade, where the steel material has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the first blade The first bottom surface is in contact with the first surface, the second bottom surface of the second blade is in contact with the second surface, and
Shearing the steel material by relatively moving the first blade and the second blade.
Disclose a method for manufacturing a processed material, including.
本開示の製造方法において、前記鋼材が板状であってもよい。 In the manufacturing method of the present disclosure, the steel material may be plate-shaped.
本開示の製造方法において、前記鋼材の引張強さが980MPa以上であってもよい。 In the manufacturing method of the present disclosure, the tensile strength of the steel material may be 980 MPa or more.
本開示の製造方法において、前記鋼材の引張強さが1470MPa以上であってもよい。 In the manufacturing method of the present disclosure, the tensile strength of the steel material may be 1470 MPa or more.
本開示のせん断加工装置によれば、破断面の引張残留応力が低減された加工材を製造可能である。 According to the shearing apparatus of the present disclosure, it is possible to manufacture a processed material in which the tensile residual stress of the fracture surface is reduced.
1.課題及び新たな知見
せん断端面を有する加工材は、例えば、以下のようにして得ることができる。まず、図1(A)に示されるように、鋼材5を第1刃21と第2刃22との間に配置する。ここで、鋼材5は第1面10aと第1面10aとは反対側の第2面10bとを有し、第1刃21は第1底面21aと第1側面21bと第1先端部21x(図2及び4参照)とを有し、第2刃22は第2底面22aと第2側面22bと第2先端部22x(図2及び4参照)とを有する。図1(B)に示されるように、第1底面21aは鋼材5の第1面10aと接触し、第2底面22aは鋼材5の第2面10bと接触する。第1刃21はパンチであってもよく、第2刃22はダイであってもよい。続いて、図1(B)及び(C)に示されるように、第1刃21及び第2刃22を相対的に移動させることで鋼材5をせん断する。これにより、図1(C)及び(D)に示されるように、鋼材5の一部が第1刃21によってスクラップ15として打ち抜かれ、鋼材5の残りの部分がせん断端面1を有する加工材10となり得る。尚、スクラップ15を何らかの製品に利用してもよい。
1. 1. Issues and new findings A processed material having a sheared end face can be obtained, for example, as follows. First, as shown in FIG. 1A, the
図1(A)~(D)には、第1刃21と第2刃22との間にシャー角が設けられない形態を示したが、第1刃21と第2刃22との間にシャー角が設けられてもよい。また、図1(A)~(D)には、第1刃21の第1底面21aと第1側面21bとの交線(第1刃21の先端)が、第1刃21の長手方向に向かって直線状に伸びる形態を示したが、第1刃21の先端は長手方向に向かって曲線状に伸びていてもよい。すなわち、平面視におけるせん断端面1の形状が直線状となるようにせん断してもよいし、曲線状となるようにせん断してもよいし、直線状と曲線状との組み合わせとなるようにせん断してもよい。また、図1(A)~(D)には、第1刃21と第2刃22とで鋼材5の端部をせん断して除去する形態を示したが、第1刃21と第2刃22とで鋼材5をせん断することで、鋼材5の一部に抜き穴やスリット等を形成してもよい。この場合も、せん断端面1を有する加工材10となり得る。
FIGS. 1 (A) to 1 (D) show a form in which a shear angle is not provided between the
せん断端面1の形成メカニズムの一例について説明する。図2(A)~(C)に示されるように、第1刃21と第2刃22とで鋼材5をせん断することで、せん断端面1を有する加工材10を得る場合について考える。図2(A)に示されるように、鋼材5の第1面10aに第1刃21の第1底面21aが押し付けられることで、鋼材5の第1面10a側にダレ1aが形成される。ダレ1aは鋼材5に第1刃21の第1先端部21xが食い込むまでの過程で形成される。ダレ1aが形成された後、第1先端部21xが鋼材5に食い込む過程でせん断面1e(図8参照)が形成される場合もある。図2(B)に示されるように、ダレ1a及びせん断面1eが形成された後、第1刃21側から第2刃22側に向かって、第1き裂1dxが発生する。一方で、第2刃22側においても同様に、鋼材5の第2面10bに第2先端部22xが食い込んだ後、第2刃22側から第1刃21側に向かって、第2き裂1dyが発生する。図2(C)に示されるように、第1き裂1dx及び第2き裂1dyの各々が進展して互いに合わさることで、破断面1bが形成される。また、第1刃21と第2刃22とをさらに移動させることで、鋼材5が、スクラップ15と、目的物である加工材10とに分離される。この時、図2(C)に示されるように、加工材10のせん断端面1のうち、第2刃22側の角部に、バリ1cが形成され得る。第1刃21と第2刃22との間のシャー角の有無や、平面視におけるせん断端面1の形状(直線状、曲線状又はこれらの組み合わせ、抜き穴、スリット等)によらず、図2(A)~(C)のようなメカニズムで、せん断端面1が形成され得る。
An example of the formation mechanism of the
上記のようにして形成されたせん断端面1においては、せん断による損傷や歪等によって圧縮残留応力や引張残留応力が生じ得る。せん断端面1において大きな引張残留応力が存在すると、例えば、せん断端面1の耐水素脆化性又は疲労強度が低下し易い。この点、性能の高い加工材10を得るためには、せん断端面1において如何にして引張残留応力を低減するかが一つの課題となり得る。特に、特許文献1に開示されているように、せん断端面1のうち破断面1bにおける引張残留応力を低減できるとよい。
In the
本発明者は、鋼材5に対するせん断の条件と、当該せん断によって生じたせん断端面1の性状との関係について数々の実験・分析を繰り返した結果、以下の新たな知見を得た。
The present inventor has obtained the following new findings as a result of repeating a number of experiments and analyzes on the relationship between the shearing conditions for the
図3(A)~(C)に示されるように、第1刃21によって鋼材5の一部11を打ち抜くとともに、第2刃22によって鋼材5の他部12を打ち抜く場合について説明する。この場合において、図3(A)に示されるように、第1刃21側から優先的にき裂が進展した場合、一部11のせん断端面における引張残留応力が大きくなる一方で、他部12のせん断端面における引張残留応力が小さくなる。すなわち、一部11をスクラップ15とする一方、他部12を製品(加工材10)として好適に採用し得る。また、図3(B)に示されるように、第1刃21側及び第2刃22側の双方から同等にき裂が進展した場合、一部11及び他部12の双方のせん断端面に同等の引張残留応力が生じ得る。すなわち、一部11と他部12との特性のバラつきが抑えられる。この点、一部11及び他部12の双方を製品として採用する場合に好適といえる。さらに、図3(C)に示されるように、第2刃22側から優先的にき裂が進展した場合、他部12のせん断端面における引張残留応力が大きくなる一方で、一部11のせん断端面における引張残留応力が小さくなる。すなわち、他部12をスクラップ15とする一方、一部11を製品(加工材10)として好適に採用し得る。
As shown in FIGS. 3A to 3C, a case where a
以上のことから、以下の(1)~(3)のことがいえる。
(1)せん断端面1のうち破断面1bに生じる引張残留応力は、破断面1bを形成するき裂1dx、1dyの進展方向や長さに依存して変化する。
(2)破断面1bにおいて、ダレ1a側(第1刃側)から進展したき裂1dxが長くなるほど、加工材10の破断面1bの引張残留応力が小さくなり、スクラップ15の破断面の引張残留応力が大きくなる。
(3)すなわち、加工材10の破断面1bにおいて、ダレ1a側から進展した第1き裂1dxに由来する部分の面積率が、バリ1c側から進展した第2き裂1dyに由来する部分の面積率よりも大きい場合、ダレ1a側から進展した第1き裂1dxに由来する部分の面積率が、バリ1c側から進展した第2き裂1dyに由来する部分の面積率よりも小さい場合よりも、破断面1bの引張残留応力を相対的に低減することができる。
From the above, the following (1) to (3) can be said.
(1) The tensile residual stress generated in the
(2) In the
(3) That is, in the
本発明者は、鋼材5のせん断時に、き裂1dx、1dyの進展方向や長さを制御することについて、数々の実験・分析を繰り返した結果、さらに、以下の新たな知見を得た。
(4)鋼材5のせん断時、第1刃21側から優先的にき裂を進展させるためには、第1刃21の第1先端部21xの摩擦係数を、第2刃22の第2先端部22xの摩擦係数に比して、相対的に高めるとよい。
The present inventor has obtained the following new findings as a result of repeating a number of experiments and analyzes on controlling the growth direction and length of cracks 1dx and 1dy when the
(4) In order to preferentially propagate cracks from the
本開示のせん断加工装置及び当該せん断加工装置を用いた加工材の製造方法は、以上の知見に基づき完成されたものである。 The shearing apparatus of the present disclosure and the method for manufacturing a processed material using the shearing apparatus have been completed based on the above findings.
2.せん断加工装置
図4に示されるように、本開示のせん断加工装置100は、第1刃21と第2刃22とを備え、第1刃21と第2刃22とが相対的に移動可能に構成されており、第1刃21が第1底面21aと第1側面21bと第1先端部21xとを有し、第2刃22が第2底面22aと第2側面22bと第2先端部22xとを有し、第1先端部21xの摩擦係数が、第2先端部22xの摩擦係数よりも大きい。
2. 2. Shearing device As shown in FIG. 4, the
2.1 第1刃
第1刃21は、第1底面21a、第1側面21b及び第1先端部21xを有する。第1底面21aは、第1刃21の相対的な移動方向に対して交差する面を有していてもよく、当該移動方向に対して直交する面を有していてもよい。また、第1側面21bは、第1刃21の相対的な移動方向に沿った面を有していてもよく、当該移動方向に対して傾いた面を有していてもよい。また、第1先端部21xは、第1底面21aと第1側面21bとの交線付近の部分をいい、具体的には、図5(A)に示されるように、第1底面21aと第1側面21bとの交線から第1底面21a側及び第1側面21b側の双方に向かって2mmの範囲にある部分をいう。第1刃21の先端がRを有するように加工されている場合や先端が面取りされている場合は、第1底面21aに沿って延長した面と、第1側面21bに沿って延長した面との交線を仮定し、当該交線から第1底面21a側及び第1側面21b側の双方に向かってR+2mmの範囲内に含まれる部分を第1先端部21xとみなす(図5(B)参照)。第1刃21の先端が面取りされている場合等も同様にして第1先端部21xを特定し得る。
2.1 First blade The
尚、図5(B)においては、説明の便宜上、Rを意図的に大きく記載しているが、通常のRは図5(B)に示されるものより小さい。第1刃21の先端のRは、例えば、0.02mm以上であってもよい。
In FIG. 5 (B), R is intentionally shown to be large for convenience of explanation, but the normal R is smaller than that shown in FIG. 5 (B). The R at the tip of the
第1底面21aの形状は、目的とする加工材10(図1参照)のせん断端面1の形状に応じて決定され得る。いずれの形状であっても、第1先端部21xにおける摩擦係数が相対的に大きければ、所望の効果を発揮できる。第1底面21aは平坦面や曲面を有していてもよく、当該平坦面や曲面は鋼材5(図1参照)のせん断時、第1面10aと対面し得る。
The shape of the first
第1側面21bの形状は、目的とする加工材10のせん断端面1の形状に応じて決定され得る。いずれの形状であっても、第1先端部21xにおける摩擦係数が相対的に大きければ、所望の効果を発揮できる。第1側面21bは平坦面であっても、曲面であっても、平坦面と曲面との組み合わせであってもよい。
The shape of the
第1先端部21xは、第1刃21の長手方向(図4の紙面奥手前方向)に向かって直線状に伸びていてもよいし、曲線状に伸びていてもよく、目的とする加工材10のせん断端面1の形状に応じて決定され得る。鋼材5に抜き穴を設ける場合は、第1先端部21xの形状は、当該抜き穴の縁に沿った環状となり得る。
The
せん断動作前の待機状態において、第1刃21は、第2刃22よりも上方に配置されていてもよい。この場合、第1刃21は、第2刃22の第2底面22aの上に載置された鋼材5の一部を、上から下へと打ち抜くパンチであってもよい。
In the standby state before the shearing operation, the
第1刃21は、せん断加工装置に備えられる刃として一般的な材質からなる。例えば、第1刃21は、SKD11からなっていてもよい。また、後述するように、第1刃21はその表面に第1コーティングを有してもよい。
The
2.2 第2刃
第2刃22は、第2底面22a、第2側面22b及び第2先端部22xを有する。第2底面22aは、第2刃22の相対的な移動方向に対して交差する面を有していてもよく、当該移動方向に対して直交する面を有していてもよい。また、第2側面22bは、第2刃22の相対的な移動方向に沿った面を有していてもよく、当該移動方向に対して傾いた面を有していてもよい。また、第2先端部22xは、第2底面22aと第2側面22bとの交線付近の部分をいい、第1先端部21xと同様にして特定される。すなわち、第2底面22aと第2側面22bとの交線から第2底面22a側及び第2側面22b側の双方に向かって2mmの範囲にある部分をいう(図5(A))。第2刃22の先端がRを有するように加工されている場合や先端が面取りされている場合は、第2底面22aに沿って延長した面と、第2側面22bに沿って延長した面との交線を仮定し、当該交線から第2底面22a側及び第2側面22b側の双方に向かってR+2mmの範囲内に含まれる部分を第2先端部22xとみなす。第2刃22の先端が面取りされている場合等も同様にして第2先端部22xを特定し得る。尚、第2刃22の先端のRは、例えば、0.05mm以上であってもよい。また、第2刃22の先端のRは、上記第1刃21の先端のRよりも大きくてもよい。
2.2 Second blade The
第2底面22aの形状は、目的とする加工材10のせん断端面1の形状に応じて決定され得る。いずれの形状であっても、第2先端部22xにおける摩擦係数が相対的に小さければ、所望の効果を発揮できる。第2底面22aは平坦面や曲面を有していてもよく、当該平坦面や曲面は鋼材5のせん断時、第2面10bと対面し得る。
The shape of the second
第2側面22bの形状は、目的とする加工材10のせん断端面1の形状に応じて決定され得る。いずれの形状であっても、第2先端部22xにおける摩擦係数が相対的に小さければ、所望の効果を発揮できる。第2側面22bは平坦面であっても、曲面であっても、平坦面と曲面との組み合わせであってもよい。
The shape of the
第2先端部22xは、第2刃22の長手方向(図4の紙面奥手前方向)に向かって直線状に伸びていてもよいし、曲線状に伸びていてもよく、目的とする加工材10のせん断端面1の形状に応じて決定され得る。鋼材5に抜き穴を設ける場合は、第2先端部22xの形状は、当該抜き穴の縁に沿った環状となり得る。
The
せん断動作前の待機状態において、第2刃22は、第1刃21よりも下方に配置されていてもよい。この場合、第2刃22は、鋼材5が載置されるダイであってもよい。
In the standby state before the shearing operation, the
第2刃22は、せん断加工装置に備えられる刃として一般的な材質からなる。例えば、第2刃22は、SKD11からなっていてもよい。第2刃22の材質は、第1刃21の材質と同じであっても異なっていてもよい。また、後述するように、第2刃22はその表面に第2コーティングを有してもよい。
The
2.3 先端部の摩擦係数
せん断加工装置100においては、第1先端部21xの摩擦係数が、第2先端部22xの摩擦係数よりも大きいことが重要である。これにより、第2き裂1dyよりも先に第1き裂1dxを進展させ易くなる。本発明者の知見によれば、第1先端部21xの摩擦係数が、第2先端部22xの摩擦係数よりも大きいほど、第1き裂1dxを進展させ易い。例えば、第1先端部21xの摩擦係数は、第2先端部の摩擦係数の1.2倍以上、1.3倍以上、1.4倍以上、1.5倍以上、1.6倍、1.7倍、1.8倍以上、1.9倍以上、2.0倍以上、2.1倍以上、2.2倍以上、2.3倍以上、2.4倍以上又は2.5倍以上であってもよい。摩擦係数比の上限は特に限定されない。例えば、第1先端部21xの摩擦係数は、第2先端部の摩擦係数の10.0倍以下であってもよいし、8.0倍以下であってもよいし、6.0倍以下であってもよい。第1先端部21xの摩擦係数と第2先端部22xの摩擦係数との差は、例えば、0.05以上であってもよいし、0.10以上であってもよいし、0.15以上であってもよいし、0.20以上であってもよい。第1先端部21xの摩擦係数及び第2先端部22xの摩擦係数の具体的な値は、例えば、0.01以上3.0以下の範囲内であってもよい。
2.3 Friction coefficient of the tip In the
尚、第1先端部21xや第2先端部22xの摩擦係数は、ピンオンディスクによって以下の通りにして測定する。ピンオンディスクのピンの材質はSKD11(HRC58~60相当)で、ピンの径はφ0.71cm(0.357×0.357×π=0.4cm2(29.4kNで0.9MPa))とする。荷重は、29.4kNとする。測定条件は、直線運動(常に新生面を摺動させるようにピンを動かす。)で、速度30mm/secで先端部21x、22x上のピンを走査するものとする。走査する時間は7秒(移動距離30mm/sec×7秒)とする。最初1秒と最後1秒とを除いた測定値の平均値を求め、これを動摩擦係数とする。先端部21x、22xのうち異なる3箇所において、上記のようにして動摩擦係数を求め、その平均値を、先端部21x、22xの摩擦係数とする。尚、先端部21x、22xの摩擦係数と同程度であるとみなすことができる部分(例えば、側面21b、22b)において、上記した測定方法によって摩擦係数を測定してもよい。先端部21x、22xの摩擦係数と同程度であるとみなすことができない場合として、例えば、コーティングの種類が変わっている場合や、コーティング厚さが1.5倍以上変化している場合や、表面粗さが1.5倍以上変化している場合等が挙げられる。
The coefficient of friction of the
第1先端部21xの摩擦係数を第2先端部22xの摩擦係数よりも大きくする方法としては、種々の方法が考えられる。例えば、以下の通りである。
Various methods can be considered as a method for increasing the friction coefficient of the
2.3.1 コーティング
図6(A)に示されるように、せん断加工装置100においては、第2先端部22xに第2コーティング32が施されていてもよい。第2コーティング32は、第2先端部22xに加えてそれ以外の部分にも施されていてもよく、例えば、第2刃22の第2底面22aの一部又は全体に施されていてもよく、第2側面22bの一部又は全体に施されていてもよい。第2コーティング32は、第2刃22の表面を保護する機能のほか、第2刃22の第2先端部22xの摩擦係数を相対的に低減する機能を有していてもよいし、有していなくてもよい。第2コーティング32は、せん断加工具に施されるコーティングとして公知のコーティングが採用され得る。第2コーティング32は無機系のコーティングであってよく、具体的には、TiC、TiN、TiCN、Cr、CrN、CrSiN及びDLCから選ばれる少なくとも1種を含むコーティングであってよい。
2.3.1 Coating As shown in FIG. 6A, in the
図6(B)に示されるように、せん断加工装置100においては、第1先端部21xに第1コーティング31が施されていてもよい。第1コーティング31は、第1先端部21xに加えてそれ以外の部分にも施されていてもよく、例えば、第1刃21の第1底面21aの一部又は全体に施されていてもよく、第1側面21bの一部又は全体に施されていてもよい。第1コーティング31は、第1刃21の表面を保護する機能のほか、第1刃21の第1先端部21xの摩擦係数を相対的に増大させる機能を有していてもよいし、有していなくてもよい。第1コーティング31は、せん断加工具に施されるコーティングとして公知のコーティングが採用され得る。第1コーティング31は無機系のコーティングであってよく、具体的には、TiC、TiN、TiCN、Cr、CrN、CrSiN及びDLCから選ばれる少なくとも1種であってよい。第1コーティング31と第2コーティング32とは、同じ種類であっても異なる種類であってもよい。
As shown in FIG. 6B, in the
図6(C)に示されるように、せん断加工装置100においては、第2先端部22xに第2コーティング32が施されていてもよく、第1先端部21xに第1コーティング31が施されていてもよい。この場合、第2コーティング32の剥離寿命が第1コーティング31の剥離寿命よりも長くてもよい。せん断加工装置100の使用に伴い、剥離寿命が短いコーティングは、剥離寿命が長いコーティングよりも、表面荒れが起きやすい。すなわち、剥離寿命が短いコーティングのほうが、剥離寿命が長いコーティングよりも、摩擦係数が増大し易い。このように、第1刃21側において、第1コーティング31として、敢えて、剥離寿命の短いコーティングを採用することで、第1先端部21xにおける摩擦係数を意図的に増大させてもよい。言い換えれば、摩擦係数を増大させる観点から、第1刃21における第1コーティング31の剥離面積は大きくてもよい。例えば、第1コーティング31の剥離面積は、全面積(第1先端部21xにおけるコーティング部分と剥離部分との合計)の40%以上、50%以上又は60%以上であることが好ましい。一方で、第2刃22側においては、第2コーティング32として、剥離寿命が長いコーティングを用いるとよく、この場合、第2コーティング32の剥離面積はできるだけ小さいほうがよい。せん断端面の性状のバラつきを抑える観点から、例えば、第2コーティング32の剥離面積は、全面積(第2先端部22xにおけるコーティング部分と剥離部分との合計)の10%未満であることが望ましい。
As shown in FIG. 6C, in the
尚、先端部に設けられたコーティングの「剥離寿命」は以下のようにして特定される。すなわち、光学顕微鏡を用いて当該先端部を撮影し、コーティングが剥離している範囲を特定する。この時、先端部に含まれる領域において、10%以上の面積のコーティングが剥離した時点を剥離寿命とする。 The "peeling life" of the coating provided at the tip is specified as follows. That is, the tip portion is photographed using an optical microscope to identify the area where the coating is peeled off. At this time, the peeling life is defined as the time when the coating having an area of 10% or more is peeled off in the region included in the tip portion.
以上の通り、コーティングの有無やコーティングの種類やコーティングの表面性状等を調整することによって、第1先端部21xの摩擦係数を、第2先端部22xの摩擦係数よりも大きくすることができる。
As described above, the coefficient of friction of the
2.3.2 表面粗さ
上記のコーティングの有無に関わらず、先端部の表面粗さを調整することによって、先端部の摩擦係数を調整することも可能である。この点、せん断加工装置100においては、第1先端部21xの表面粗さが、第2先端部22xの表面粗さよりも大きくてもよい。第1先端部21xの表面粗さを相対的に増大させる方法については特に限定されるものではなく、機械研磨、薬剤を用いた粗化処理や平滑化処理、凹凸のついたロールによる転写、ショットピーニング等、種々の方法が挙げられる。
2.3.2 Surface roughness It is also possible to adjust the coefficient of friction of the tip by adjusting the surface roughness of the tip regardless of the presence or absence of the above coating. In this respect, in the
尚、第1先端部21xや第2先端部22xの「表面粗さ」とは以下のようにして測定されるRzをいう。すなわち、触針探査計で、当該先端部を含むように刃の底面から刃の側面に向かって触針を動かして刃の形状を測定し、刃の先端部のRzを算出する。測定では、ダイヤモンドからなる先端半径2μmの触針を用い、測定力は0.75mN、測定速度は0.15mm/sとする。同様の測定を3か所で実施し、平均をとる。
The "surface roughness" of the
2.4 その他の構成
2.4.1 クリアランス
図4に示されるように、せん断加工装置100は、第1刃21と第2刃22との間に、クリアランスCを有していてもよい。クリアランスCは、被加工材(鋼材5)の材質や形状等に応じて適宜決定され得る。例えば、鋼材5が板状である場合、クリアランスCは、板厚の5%以上であってもよく、板厚の25%以下であってもよい。尚、本願にいう「クリアランス」とは、ISO 16630:2009にしたがうものである。
2.4 Other configurations 2.4.1 Clearance As shown in FIG. 4, the
2.4.2 シャー角
図7に示されるように、せん断加工装置100は、第1刃21と第2刃22との間にシャー角αを有していてもよい。シャー角αは、被加工材(鋼材5)の材質や形状等に応じて適宜決定され得る。例えば、シャー角αは、0°以上であってもよく、10°以下であってもよい。また、本発明者の新たな知見によれば、シャー角が0°以上1°以下である場合に、鋼材5に対して第2き裂1dyよりも先に第1き裂1dxをより進展させ易い。
2.4.2 Shear angle As shown in FIG. 7, the
2.4.3 移動装置
せん断加工装置100は、第1刃21及び第2刃22に加えて、せん断加工装置100の構成部品として一般的なものを備え得る。上述の通り、せん断加工装置100において、第1刃21と第2刃22とは互いに相対的に移動可能に構成される。例えば、図4において黒両矢印で示されるように、第1刃21を第2刃22に対して近づけたり遠ざけたりすることが可能なように、第1刃21を上下に移動可能に構成してもよい。或いは、第2刃22を移動可能に構成してもよいし、第1刃21及び第2刃22の双方を移動可能に構成してもよい。第1刃21及び第2刃22の相対的な移動は、せん断加工装置に組み込まれ得る公知の移動装置(不図示)によって行われればよい。或いは、第1刃21及び第2刃22が手動で移動可能なように構成されてもよい。
2.4.3 Moving device The
2.4.4 押さえ部材(ホルダー)
せん断加工装置100は、鋼材5を第1底面21aや第2底面22aへと押さえ付ける不図示の押さえ部材(ホルダー)を備えていてもよい。すなわち、せん断加工装置100は、第1刃21と対向する押さえ部材を有していてもよいし、第2刃22と対向する押さえ部材を有していてもよい。押さえ部材の形態は特に限定されるものではなく、一般的な押さえ部材を採用すればよい。
2.4.4 Holding member (holder)
The
3.加工材の製造方法
本開示の技術は加工材の製造方法としての側面も有する。本開示の加工材の製造方法は、上記本開示のせん断加工装置100を用いて加工材10を製造する方法であって、
第1刃21と第2刃22との間に鋼材5を配置すること、ここで鋼材5は第1面10aと第1面10aとは反対側の第2面10bとを有し、第1刃21の第1底面21aが第1面10aと接触し、第2刃22の第2底面22aが第2面10bと接触する、及び、
第1刃21と第2刃22とを相対的に移動させて前記鋼材をせん断すること、
を含む。せん断加工装置100の構成や、鋼材5のせん断加工の流れについては既に説明した通りであり、ここでは説明を省略する。
3. 3. Manufacturing Method of Processed Material The technology disclosed in the present disclosure also has an aspect as a manufacturing method of processed material. The method for producing the processed material of the present disclosure is a method of producing the processed
Arranging the
Shearing the steel material by relatively moving the
including. The configuration of the
鋼材5の形状は、せん断加工が可能である限り、特に限定されるものではない。鋼材5は、例えば、板状であってもよいし、棒状であってもよい。鋼材5が板状である場合、その板厚は、例えば、0.8mm以上であってもよく、5.0mm以下又は3.0mm以下であってもよい。また、鋼材5が棒状である場合、その断面形状は特に限定されず、例えば円状であっても多角形状であってもよく、その断面の円相当直径は5mm以上であってもよく、100mm以下であってもよい。さらに、鋼材5は、折り曲げ等によって何らかの形状に成形されたものであってもよい。
The shape of the
図1及び2に示されるように、鋼材5は、第1面10aと第1面10aとは反対側の第2面10bとを備えていてもよい。第1面10aと第2面10bとは互いに平行であってもよい。尚、本願にいう「平行」とは、完全な平行に限定されるものではなく、実質的に平行であればよい。すなわち、第1面10aと第2面10bとが完全な平行ではない場合においても、工業生産上許容される誤差の範囲内であれば平行とみなす。具体的には、第1面10aと第2面10bとのなす角が0°±1°の場合、当該第1面10aと第2面10bとは平行であるものとみなす。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
鋼材5は表面処理層を有していてもよい。表面処理層としては、めっき層や塗膜等が挙げられる。また、鋼材5は鋼種の異なる複数の層を含むものであってもよい。例えば、鋼材5としてクラッド鋼を採用することも可能である。
The
鋼材5の機械特性は特に限定されるものではなく、鋼材5の用途に応じて適宜決定され得る。ただし、引張残留応力による耐水素脆化性の低下等の問題は、特に、高強度の鋼材において生じ易い。この点、鋼材5の引張強さは、好ましくは980MPa以上であり、より好ましくは1180MPa以上であり、特に好ましくは1470MPa以上である。鋼材5の引張強さの上限は特に限定されるものではないが、例えば、2500MPa以下であってもよく、2200MPa以下であってもよく、2000MPa以下であってもよい。尚、本願にいう鋼材の「引張強さ」とは、ISO 6892-1:2009にしたがうものである。また、鋼材5の強度が高まるほど、後述のせん断端面1に占める破断面1bの割合が大きくなり、すなわち、引張残留応力を低減すべき部分が大きくなり、本開示の技術による一層優れた効果が期待できる。
The mechanical properties of the
鋼材5の化学組成や金属組織は特に限定されるものではなく、鋼材5の用途に応じて適宜決定され得る。本開示の技術によれば、鋼材5の化学組成や金属組織によらず、破断面1bにおける引張残留応力を低減することができる。化学組成の一例として、鋼材5は、質量%で、C:0.050~0.800%、Si:0.01~3.00%、Mn:0.01~10.00%、Al:0.001~0.500%、P:0.100%以下、S:0.050%以下、N:0.010%以下、Cr:0~3.000%、Mo:0~1.000%、B:0~0.0100%、Ti:0~0.500%、Nb:0~0.500%、V:0~0.500%、Cu:0~0.50%、Ni:0~0.50%、O:0~0.020%、W:0~0.100%、Ta:0~0.10%、Co:0~0.50%、Sn:0~0.050%、Sb:0~0.050%、As:0~0.050%、Mg:0~0.050%、Ca:0~0.050%、Y:0~0.050%、Zr:0~0.050%、La:0~0.050%、Ce:0~0.050%、及び、残部:Fe及び不純物からなる化学組成を有していてもよい。また、鋼材5の上記化学組成において、任意に添加される元素であるCr、Mo、B、Ti、Nb、V、Cu、Ni、O、W、Ta、Co、Sn、Sb、As、Mg、Ca、Y、Zr、La、及びCeの含有量の下限は0.0001%又は0.001%であってもよい。
The chemical composition and metallographic structure of the
4.加工材
本開示のせん断加工装置100を用いて鋼材5をせん断することで、せん断端面1のうち特に破断面1bにおける引張残留応力が低減された加工材10が得られる。以下、せん断端面1を有する加工材10の一例について説明するが、加工材10の形態は以下のものに限定されない。図8及び9に示されるように、加工材10のせん断端面1は、例えば、ダレ1aと破断面1bとバリ1cとを備える。破断面1bは、第1部分1bxと第2部分1byとを含む。第1部分1bxは、ダレ1a側からバリ1c側へと進展した第1き裂1dxによって形成され、第2部分1byは、バリ1c側からダレ1a側へと進展した第2き裂1dyによって形成される。破断面1bに占める第1部分1bxの面積率は、破断面1bに占める第2部分1byの面積率よりも大きい。
4. Processed Material By shearing the
4.1 せん断端面
図8及び9に示されるように、せん断端面1は、ダレ1aと破断面1bとバリ1cとを備える。また、せん断端面1は、せん断面1eを備えていてもよい。せん断端面1のうち、ダレ1a、バリ1c、及び、せん断面1eについては、加工材10の形態に応じて任意の形態を採り得る。ダレ1a、バリ1c、及び、せん断面1eについては、従来と同様の形態であってもよい。尚、加工材10のせん断端面1に占める破断面1bの割合が大きいほど、引張残留応力を低減すべき部分が大きくなり、本開示の技術による一層優れた効果が期待できる。言い換えれば、被加工材10の端面における破断面1bの割合は大きい方が好ましい。例えば、加工材10の切断長さと切断厚み(板厚)との積(切断長さ×板厚)を基準(100面積%)として、破断面1bの面積率は、好ましくは50%以上、より好ましくは55%以上、さらに好ましくは60%以上、特に好ましくは65%以上である。破断面1bの面積率の上限は特に限定されず、100%であってもよく、95%以下又は90%以下であってもよい。
4.1 Shear end face As shown in FIGS. 8 and 9, the
加工材10は、せん断端面1のうち破断面1bの構成に一つの特徴がある。図8及び9に示されるように、破断面1bは、第1部分1bxと第2部分1byとを含む。第1部分1bxは、ダレ1a側からバリ1c側へと進展した第1き裂1dxによって形成され、第2部分1byは、バリ1c側からダレ1a側へと進展した第2き裂1dyによって形成される。
The processed
第1き裂1dxの進展方向は、ダレ1a側からバリ1c側へと向かう方向であればよい。加工材10が板状である場合、第1き裂1dxの進展方向は、加工材10の板厚方向に沿った方向(第1面10a及び第2面10bに対して直交する方向)であってもよいし、板厚方向に対して傾いた方向であってもよい。また、第2き裂1dyの進展方向は、バリ1c側からダレ1a側へと向かう方向であればよい。加工材10が板状である場合、第2き裂1dyの進展方向は、加工材10の板厚方向に沿った方向(第1面10a及び第2面10bに対して直交する方向)であってもよいし、板厚方向に対して傾いた方向であってもよい。例えば、鋼材5のせん断の際、第1刃21と第2刃22との間にクリアランスC(図4参照)が設けられた場合、第1き裂1dx及び第2き裂1dyの進展方向が板厚方向に対して傾いた方向となり得、クリアランスが大きいほど、傾きが大きくなり得る。
The growth direction of the first crack 1dx may be any direction from the sagging 1a side to the
第1き裂1dxは、ダレ1a側を起点としてバリ1c側へと進展し、バリ1c側にて第2き裂1dyと合わさるものであればよく、必ずしも、ダレ1a側からバリ1c側の第2き裂1dyに向かって最短経路で進展する必要はない。例えば、第1き裂1dxは、ダレ1a側からバリ1c側に進展する途中において、図2(B)の紙面奥手前方向(加工材10が板状である場合、例えば、板幅方向)に向かって進展してもよい。第2き裂1dyについても同様である。
The first crack 1dx may be one that extends from the sagging 1a side to the
せん断端面1において、破断面1bに占める第1部分1bxの面積率は、破断面1bに占める第2部分1byの面積率よりも大きい。言い換えれば、せん断端面1において、ダレ1a側からバリ1c側に向かって進展した第1き裂1dxの平均長さが、バリ1c側からダレ1a側に向かって進展した第2き裂1dyの平均長さよりも長い。上記の通り、破断面1bのうち、ダレ1a側から進展したき裂1dxに由来する部分の面積率が、バリ1c側から進展したき裂1dxに由来する部分の面積率よりも大きい場合、破断面1bの引張残留応力を相対的に低減することができる。
In the
尚、破断面1bにおける第1部分1bx及び第2部分1byの各々の面積率や第1き裂1dx及び第2き裂1dyの各々の長さを特定するにあたって、破断面1bの表面の凹凸は考慮しないものとする。例えば、図9に示されるように、せん断端面1を正面から見た場合において、第1き裂1dxの起点となる位置をP1、第2き裂1dyの起点となる位置をP2、第1き裂1dxと第2き裂1dyとが合わさる位置をP3とした場合、P1とP3との間隔が、P2とP3との間隔よりも大きい場合に、破断面1bに占める第1部分1bxの面積率が、破断面1bに占める第2部分1byの面積率よりも大きいものと判断することができる。
In order to specify the area ratio of each of the first portion 1bx and the second portion 1by and the length of each of the first crack 1dx and the second crack 1dy in the
本発明者の知見によれば、破断面1bに占める第1部分1bxの面積率が大きいほど、破断面1bの引張残留応力が低減される。例えば、加工材10において、破断面1bに占める第1部分1bxの面積率は、破断面1bに占める第2部分1byの面積率の1.2倍以上であってもよく、1.5倍以上であってもよく、1.7倍以上であってもよく、2.0倍以上であってもよく、2.2倍以上であってもよく、2.5倍以上であってもよい。
According to the findings of the present inventor, the larger the area ratio of the first portion 1bx in the
尚、バリ1cは目視では確認できない大きさであってもよい。加工材10の第1面10a及び第2面10bのうち、どちらがダレ1a側の面で、どちらがバリ1c側の面であるかについては、仮にバリ1cが確認できずとも、加工材10の形状を観察することによって容易に判別可能である。
The
せん断端面1において、せん断面1eと破断面1bとは、その性状が異なる。例えば、せん断面1eと破断面1bとは粗さ(光沢度)が異なる。この点、外観を観察するだけでも、せん断面1eと破断面1bとを容易に判別可能である。
In the
破断面1bにおいて、第1部分1bxと第2部分1byとの境界(第1き裂1dxと第2き裂1dyとが合わさる位置)は、例えば、せん断端面1に多量の水素を導入することで判別可能である。上述した通り、き裂の進展中に生じる応力は、き裂の進展方向に依存する。すなわち、図10(A)及び(B)に示されるように、第1き裂1dxと第2き裂1dyとが合わさる位置で、残留応力が急変するものといえる。このため、水素の侵入によって生じる水素脆化割れの方向についても、第1き裂1dxと第2き裂1dyとが合わさる位置で急変する。これを考慮すると、水素脆化割れの向きが急変する位置を、第1き裂1dxと第2き裂1dyとが合わさる位置とみなすことができる。
In the
4.2 せん断端面以外の構成
加工材10はせん断端面1を有するものであればよく、せん断端面以外の構成は特に限定されるものではない。加工材10の形状は、上記した鋼材5の形状と対応する。すなわち、加工材10は、上記したような板状であっても、棒状であってもよい。また、加工材10は、せん断端面1以外の面として、第1面10aと第1面10aとは反対側の第2面10bとを備えていてもよく、当該第1面10aと当該第2面10bとが、せん断端面1を介して連結されていてもよい。第1面10aと第2面10bとは互いに平行であってもよい。また、加工材10は上記したような表面処理層を有していてもよい。また、加工材10は鋼種の異なる複数の層を含むものであってもよい。加工材10の機械特性や化学組成についても上述した通りである。
4.2 Configuration other than the sheared end face The processed
5.作用・効果
以上の通り、本開示のせん断加工装置100によれば、せん断端面1のうち特に破断面1bにおける引張残留応力が低減された加工材10を製造することができる。破断面1bの引張残留応力が低減されることで、例えば、せん断端面1における耐水素脆化性又は疲労強度等が向上し得る。
5. Action / Effect As described above, according to the
1.鋼材
被加工材である鋼材として、引張強さ1470MPa級の鋼板A1(板厚1.6mm)、鋼板A2(板厚0.8mm)及び鋼板A3(板厚4.0mm)と、引張強さ980MPa級の鋼板B(板厚1.6mm)と、引張強さ590MPa級の鋼板C(板厚1.6mm)とを用意した。
1. 1. Steel materials Steel materials to be processed include steel plate A1 (plate thickness 1.6 mm), steel plate A2 (plate thickness 0.8 mm) and steel plate A3 (plate thickness 4.0 mm) with a tensile strength of 1470 MPa class, and a tensile strength of 980 MPa. A grade steel plate B (plate thickness 1.6 mm) and a steel plate C having a tensile strength of 590 MPa (plate thickness 1.6 mm) were prepared.
2.鋼板に対するせん断条件
鋼板をパンチとダイとの間に配置し、パンチとダイとを相対的に移動させることで、鋼板の一部をパンチで直線状にせん断し、せん断端面を有する加工材を得た。当該せん断端面においてパンチ側にダレが形成され、ダイ側にバリが形成された。鋼板をせん断するにあたって、パンチとダイとの間のシャー角は3°とし、クリアランスを板厚の10%とした。また、パンチの刃先(先端)のR及びダイの刃先(先端)のRは、いずれも0.1mmであった。鋼板のせん断前に、パンチやダイに対して以下の実施例又は比較例に係る処理を施し、パンチやダイの先端部の摩擦係数を変化させた。
2. 2. Shearing conditions for steel sheet By arranging the steel sheet between the punch and the die and moving the punch and the die relatively, a part of the steel sheet is sheared linearly with the punch to obtain a processed material with a sheared end face. rice field. On the sheared end face, sagging was formed on the punch side and burrs were formed on the die side. When shearing the steel plate, the shear angle between the punch and the die was set to 3 °, and the clearance was set to 10% of the plate thickness. Further, the R of the cutting edge (tip) of the punch and the R of the cutting edge (tip) of the die were both 0.1 mm. Before shearing the steel sheet, the punch or die was subjected to the treatment according to the following Example or Comparative Example to change the coefficient of friction at the tip of the punch or die.
2.1 コーティングの検討
鋼板のせん断前に、パンチ及びダイのうちの少なくとも一方に、以下の実施例1~3及び比較例1~3のようなコーティングを施した。
2.1 Examination of coating Before shearing the steel sheet, at least one of the punch and the die was coated as in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 below.
2.1.1 実施例1
ダイにのみDLCコーティングを施した。
2.1.1 Example 1
Only the dies were DLC coated.
2.1.2 実施例2
ダイにのみCrSiNコーティングを施した。
2.1.2 Example 2
Only the die was coated with CrSiN.
2.1.3 実施例3
ダイにのみTiNコーティングを施した。
2.1.3 Example 3
Only the die was coated with TiN.
2.1.4 比較例1
パンチにのみDLCコーティングを施した。
2.1.4 Comparative Example 1
Only the punches were DLC coated.
2.1.5 比較例2
パンチ及びダイの双方ともにコーティングを施さず、摩擦係数を同じとした。
2.1.5 Comparative Example 2
Both the punch and the die were not coated and had the same coefficient of friction.
2.1.6 比較例3のせん断条件
パンチ及びダイの双方にTiNコーティングを施し、摩擦係数を同じとした。
2.1.6 Shearing conditions of Comparative Example 3 TiN coating was applied to both the punch and the die, and the friction coefficient was the same.
2.2 表面粗さの検討
鋼板のせん断前に、パンチ及びダイのうちの少なくとも一方に、以下の実施例4~6及び比較例4~6のような研磨処理を施した。
2.2 Examination of Surface Roughness Before shearing the steel sheet, at least one of the punch and the die was subjected to the following polishing treatments as in Examples 4 to 6 and Comparative Examples 4 to 6.
2.2.1 実施例4
研削砥粒の粒度が#230(JIS R6001)の砥石を用いて、ダイの表面に研磨処理を施した。研磨前の表面粗さRzは5μmであり、研磨後の表面粗さRzは1.6μmであった。一方、パンチに対しては特に研磨処理は施さなかった。パンチの表面粗さRzは5μmであった。
2.2.1 Example 4
The surface of the die was polished using a grindstone having a grain size of # 230 (JIS R6001). The surface roughness Rz before polishing was 5 μm, and the surface roughness Rz after polishing was 1.6 μm. On the other hand, the punch was not particularly polished. The surface roughness Rz of the punch was 5 μm.
2.2.2 実施例5
研削砥粒の粒度が#800(JIS R6001)の砥石を用いて、ダイの表面に研磨処理を施した。研磨前の表面粗さRzは5μmであり、研磨後の表面粗さRzは0.9μmであった。一方、パンチに対しては特に研磨処理は施さなかった。パンチの表面粗さRzは5μmであった。
2.2.2 Example 5
The surface of the die was polished using a grindstone having a grain size of # 800 (JIS R6001). The surface roughness Rz before polishing was 5 μm, and the surface roughness Rz after polishing was 0.9 μm. On the other hand, the punch was not particularly polished. The surface roughness Rz of the punch was 5 μm.
2.2.3 実施例6
研削砥粒の粒度が#1500(JIS R6001)の砥石を用いて、ダイの表面に研磨処理を施した。研磨前の表面粗さRzは5μmであり、研磨後の表面粗さRzは0.5μmであった。一方、パンチに対しては特に研磨処理は施さなかった。パンチの表面粗さRzは5μmであった。
2.2.3 Example 6
The surface of the die was polished using a grindstone having a grain size of # 1500 (JIS R6001). The surface roughness Rz before polishing was 5 μm, and the surface roughness Rz after polishing was 0.5 μm. On the other hand, the punch was not particularly polished. The surface roughness Rz of the punch was 5 μm.
2.2.4 比較例4
研削砥粒の粒度が#230(JIS R6001)の砥石を用いて、パンチの表面に研磨処理を施した。研磨前の表面粗さRzは5μmであり、研磨後の表面粗さRzは1.6μmであった。一方、ダイに対しては特に研磨処理は施さなかった。ダイの表面粗さRzは5μmであった。
2.2.4 Comparative Example 4
The surface of the punch was polished using a grindstone having a grain size of # 230 (JIS R6001). The surface roughness Rz before polishing was 5 μm, and the surface roughness Rz after polishing was 1.6 μm. On the other hand, the die was not particularly polished. The surface roughness Rz of the die was 5 μm.
2.2.5 比較例5
研削砥粒の粒度が#800(JIS R6001)の砥石を用いて、パンチの表面に研磨処理を施した。研磨前の表面粗さRzは5μmであり、研磨後の表面粗さRzは0.9μmであった。一方、ダイに対しては特に研磨処理は施さなかった。ダイの表面粗さRzは5μmであった。
2.2.5 Comparative Example 5
The surface of the punch was polished using a grindstone having a grain size of # 800 (JIS R6001). The surface roughness Rz before polishing was 5 μm, and the surface roughness Rz after polishing was 0.9 μm. On the other hand, the die was not particularly polished. The surface roughness Rz of the die was 5 μm.
2.2.6 比較例6
研削砥粒の粒度が#1500(JIS R6001)の砥石を用いて、パンチの表面に研磨処理を施した。研磨前の表面粗さRzは5μmであり、研磨後の表面粗さRzは0.5μmであった。一方、ダイに対しては特に研磨処理は施さなかった。ダイの表面粗さRzは5μmであった。
2.2.6 Comparative Example 6
The surface of the punch was polished using a grindstone having a grain size of # 1500 (JIS R6001). The surface roughness Rz before polishing was 5 μm, and the surface roughness Rz after polishing was 0.5 μm. On the other hand, the die was not particularly polished. The surface roughness Rz of the die was 5 μm.
2.3 コーティングの剥離寿命についての検討
鋼板のせん断前に、パンチ及びダイのうちの少なくとも一方に、以下の実施例7、8及び比較例7~9のようなコーティングを施した。
2.3 Examination of coating peeling life Before shearing of the steel sheet, at least one of the punch and the die was coated with the following Examples 7 and 8 and Comparative Examples 7 to 9.
2.3.1 実施例7、8
パンチにTiNコーティングを施し、ダイにN+TiNコーティングを施した。
2.3.1 Examples 7 and 8
The punch was TiN coated and the die was N + TiN coated.
2.3.2 比較例7
パンチ及びダイにTiNコーティングを施した。
2.3.2 Comparative Example 7
TiN coating was applied to the punch and die.
2.3.3 比較例8
パンチ及びダイにN+TiCNコーティングを施した。
2.3.3 Comparative Example 8
N + TiCN coating was applied to the punch and die.
2.3.4 比較例9
パンチにN+TiNコーティングを施し、ダイにTiNコーティングを施した。
2.3.4 Comparative Example 9
The punch was N + TiN coated and the die was TiN coated.
3.評価条件
3.1 先端部の摩擦係数の測定
パンチ及びダイの先端部の摩擦係数を測定した。尚、実施例7及び比較例7~9については、鋼板を1万回打ち抜いた後における、パンチ及びダイの先端部の摩擦係数を測定した。このとき、実施例7及び比較例7~9において、TiNコーティングは、90%程度の面積が剥離した状態であった。また、実施例8については、鋼板を1000回打ち抜いた後における、パンチ及びダイの先端部の摩擦係数を測定した。このとき、実施例8において、TiNコーティングは、30%程度の面積が剥離した状態であった。
3. 3. Evaluation conditions 3.1 Measurement of the coefficient of friction at the tip The coefficient of friction at the tip of the punch and die was measured. In Example 7 and Comparative Examples 7 to 9, the coefficient of friction of the tip of the punch and the die after punching the steel sheet 10,000 times was measured. At this time, in Example 7 and Comparative Examples 7 to 9, the area of about 90% of the TiN coating was peeled off. Further, in Example 8, the coefficient of friction of the tip of the punch and the die was measured after punching the steel plate 1000 times. At this time, in Example 8, the TiN coating was in a state where an area of about 30% was peeled off.
3.2 せん断端面の残留応力
実施例1~8及び比較例1~9に係る加工材の各々について、以下の通り、せん断端面の残留応力を測定した。すなわち、板厚方向の中心位置において、スポット径φ500μmでX線による残留応力測定を実施した(板幅方向に異なる3箇所)。残留応力の測定方向は、板厚方向、板幅方向、板厚方向から45度方向の3方向とし、残留応力の算出にはsin2ψ法を用いた。端面法線方向の残留応力をゼロと仮定し、算出した3方向の残留応力から、最大主応力を算出した。3箇所で算出した最大主応力の値を平均した。
3.2 Residual stress on the sheared end face The residual stress on the sheared end face was measured for each of the processed materials according to Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 9 as follows. That is, at the center position in the plate thickness direction, the residual stress was measured by X-ray with a spot diameter of φ500 μm (three points different in the plate width direction). The residual stress was measured in three directions: the plate thickness direction, the plate width direction, and the 45 degree direction from the plate thickness direction, and the sin 2 ψ method was used to calculate the residual stress. Assuming that the residual stress in the normal direction of the end face is zero, the maximum principal stress was calculated from the calculated residual stress in the three directions. The values of the maximum principal stress calculated at three points were averaged.
4.評価結果
評価結果を下記表1~3に示す。
4. Evaluation Results The evaluation results are shown in Tables 1 to 3 below.
表1~3に示されるように、パンチの先端部の摩擦係数が、ダイの先端部の摩擦係数よりも大きいせん断加工装置を用いて鋼板のせん断を行った場合、せん断後に得られる加工材のせん断端面において、破断面の引張残留応力を顕著に低減できることが分かる。加工材の破断面において、パンチ側から進展した第1き裂に由来する第1部分の面積率を高めることができたためと考えられる。このような効果は鋼板の強度によらず同様に認められる。尚、実施例1の鋼板Bのせん断端面において、破断面の面積率を測定したところ、当該鋼板Bの切断長さと切断厚み(板厚)との積(切断長さ×板厚)を基準(100面積%)として、破断面の面積率が70%であった。また、実施例2~8の鋼板Bのせん断端面や、実施例1~8の鋼板A1~A3のせん断端面においては、破断面の面積率が実施例1の鋼板Bにおけるものと同等か、それよりも大きな面積率であった。このように、せん断端面に占める破断面の割合が大きい場合に、引張残留応力を低減することで、より高い効果が得られるものと考えられる。 As shown in Tables 1 to 3, when the steel plate is sheared using a shearing device in which the friction coefficient of the tip of the punch is larger than the friction coefficient of the tip of the die, the processed material obtained after shearing is performed. It can be seen that the tensile residual stress of the fracture surface can be significantly reduced at the sheared end face. It is probable that the area ratio of the first portion derived from the first crack extending from the punch side could be increased in the fracture surface of the processed material. Such an effect is similarly recognized regardless of the strength of the steel sheet. When the area ratio of the fracture surface of the sheared end face of the steel plate B of Example 1 was measured, the product (cut length x plate thickness) of the cut length of the steel plate B and the cut thickness (plate thickness) was used as a reference (cut length × plate thickness). The area ratio of the fracture surface was 70%. Further, at the sheared end faces of the steel plates B of Examples 2 to 8 and the sheared end faces of the steel plates A1 to A3 of Examples 1 to 8, the area ratio of the fracture surface is the same as that of the steel plate B of Example 1, or is it the same? It was a larger area ratio than. As described above, when the ratio of the fracture surface to the sheared end face is large, it is considered that a higher effect can be obtained by reducing the tensile residual stress.
尚、上記実施例では、鋼材として鋼板を用いる形態を例示したが、本開示の技術はこの形態に限定されるものではない。本開示の技術は、上記したように、せん断加工装置の刃の摩擦係数を調整した点に特徴があり、鋼材の形状によらず、同様の効果を発揮し得る。 In the above embodiment, the embodiment in which the steel plate is used as the steel material is exemplified, but the technique of the present disclosure is not limited to this embodiment. As described above, the technique of the present disclosure is characterized in that the friction coefficient of the blade of the shearing machine is adjusted, and the same effect can be exhibited regardless of the shape of the steel material.
本開示のせん断加工装置により製造される加工材は、例えば、自動車、家電製品、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント、ペンストック等の構成材料として利用可能である。 The processed material produced by the shearing processing apparatus of the present disclosure can be used as a constituent material of, for example, automobiles, home appliances, building structures, ships, bridges, construction machinery, various plants, pen stocks and the like.
1 せん断端面
1a ダレ
1b 破断面
1bx 第1部分
1by 第2部分
1c バリ
1dx 第1き裂
1dy 第2き裂
1e せん断面
5 鋼材
10 加工材
11 鋼材の一部
12 鋼材の他部
15 スクラップ
21 第1刃
21a 第1底面
21b 第1側面
21x 第1先端部
22 第2刃
22a 第2底面
22b 第2側面
22x 第2先端部
100 せん断加工装置
1
Claims (10)
前記第1刃と前記第2刃とが相対的に移動可能に構成されており、
前記第1刃が第1底面と第1側面と第1先端部とを有し、
前記第2刃が第2底面と第2側面と第2先端部とを有し、
前記第1先端部の摩擦係数が、前記第2先端部の摩擦係数よりも大きい、
せん断加工装置。 A shearing machine equipped with a first blade and a second blade.
The first blade and the second blade are configured to be relatively movable.
The first blade has a first bottom surface, a first side surface, and a first tip portion.
The second blade has a second bottom surface, a second side surface, and a second tip portion.
The coefficient of friction of the first tip is larger than the coefficient of friction of the second tip.
Shearing equipment.
請求項1に記載のせん断加工装置。 The coefficient of friction of the first tip is 1.5 times or more the coefficient of friction of the second tip.
The shearing apparatus according to claim 1.
請求項1に記載のせん断加工装置。 The coefficient of friction of the first tip is 2.0 times or more the coefficient of friction of the second tip.
The shearing apparatus according to claim 1.
請求項1~3のいずれか1項に記載のせん断加工装置。 A second coating is applied to the second tip portion.
The shearing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記第1先端部に第1コーティングが施されており、
前記第2コーティングの剥離寿命が前記第1コーティングの剥離寿命よりも長い、
請求項1~4のいずれか1項に記載のせん断加工装置。 A second coating is applied to the second tip portion.
The first coating is applied to the first tip portion.
The peeling life of the second coating is longer than the peeling life of the first coating.
The shearing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
請求項1~5のいずれか1項に記載のせん断加工装置。 The surface roughness of the first tip portion is larger than the surface roughness of the second tip portion.
The shearing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記第1刃と前記第2刃との間に鋼材を配置すること、ここで前記鋼材は第1面と前記第1面とは反対側の第2面とを有し、前記第1刃の前記第1底面が前記第1面と接触し、前記第2刃の前記第2底面が前記第2面と接触する、及び、
前記第1刃と前記第2刃とを相対的に移動させて前記鋼材をせん断すること、
を含む、加工材の製造方法。 A method for manufacturing a processed material using the shearing apparatus according to any one of claims 1 to 6.
Arranging a steel material between the first blade and the second blade, where the steel material has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the first blade The first bottom surface is in contact with the first surface, the second bottom surface of the second blade is in contact with the second surface, and
Shearing the steel material by relatively moving the first blade and the second blade.
A method for manufacturing a processed material, including.
請求項7に記載の製造方法。 The steel material is plate-shaped,
The manufacturing method according to claim 7.
請求項7又は8に記載の製造方法。 The tensile strength of the steel material is 980 MPa or more.
The manufacturing method according to claim 7 or 8.
請求項9に記載の製造方法。 The tensile strength of the steel material is 1470 MPa or more.
The manufacturing method according to claim 9.
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WO2023148899A1 (en) * | 2022-02-03 | 2023-08-10 | 日本製鉄株式会社 | Steel material, automobile component, shearing device, and manufacturing method for steel material |
-
2021
- 2021-08-03 JP JP2021127789A patent/JP2022031207A/en active Pending
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