JP2956389B2 - 異形穴抜き方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は板状ワークに穴抜き加工
を行う穴抜き方法および装置に係り、特に、正方形や長
方形，楕円形等の異形穴を抜き加工する技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のドアパネルやフードパネル等の
板状ワークに所定形状の穴を形成する場合、抜き穴が形
成されたダイス上に板状ワークを載置し、その抜き加工
部にポンチを押圧して穴抜き加工を行っているのが普通
である。図７は、かかる穴抜き装置の一例で、プレスス
ライド１０にはリテーナ１２を介してポンチ１４および
ストリッパ１６が取り付けられているとともに、図示し
ないプレスベッド上にはダイスホルダ１８を介してダイ
ス２０が配設されており、ダイスホルダ１８上に板状ワ
ーク２２を載置した状態でプレススライド１０が下降さ
せられることにより、ポンチ１４がダイス２０の抜き穴
２４内に挿入されて板状ワーク２２に穴抜き加工が行わ
れる。ストリッパ１６は、図示しないスプリングに抗し
てリテーナ１２内への押込み可能に配設されており、抜
き加工時に板状ワーク２２をダイス２０に押圧するとと
もに、抜き加工終了後にプレススライド１０が上昇させ
られる際にポンチ１４から板状ワーク２２を払い落と
す。

【０００３】上記ポンチ１４の横断面形状およびダイス
２０の抜き穴形状は、形成すべき穴形状に対応してお
り、例えば正方形の角穴を抜き加工する場合には、図８
に示されているようにポンチ１４およびダイス２０の抜
き穴２４は、共にその角穴に対応する四角形状を成して
いる。ポンチ１４の先端周縁部および抜き穴２４の上端
開口縁部は共に刃部を構成しており、それ等の間の剪断
応力によって板状ワーク２２に穴抜き加工が行われる
が、両刃部間のクリアランスｃによって打抜き品質、す
なわち板状ワーク２２に生じるバリの大きさは、例えば
図９に示すように大きく影響される。かかる図９から明
らかなように、バリの大きさを例えば０．１ｍｍ程度以
下とするためには、板状ワーク２２の板厚ｔに対するク
リアランスｃの割合（ｃ／ｔ）が５〜１５％程度の範囲
内となるように管理する必要があり、ポンチ１４やダイ
ス２０の型製作に高い精度が要求される。

【０００４】ここで、剪断応力によって板状ワークに生
じる亀裂は、その時の加工条件によってポンチ側から発
生したりダイス側から発生したりするが、ポンチ側から
亀裂が発生した場合には、製品側すなわち穴抜き加工に
おいてはダイス側に大きなバリが残って問題となる一
方、ダイス側から亀裂が発生した場合には、残材側（ポ
ンチ側）にバリが残るため製品側のバリは殆ど問題とな
らない。したがって、穴抜き加工においては常にダイス
側から亀裂が発生するようにすれば、上記クリアランス
ｃの制約が緩和され、ポンチやダイスの型製作が容易と
なる。すなわち、特開平１−２９３９２２号公報に記載
されているように、残材側であるポンチの先端周縁部に
面取りを施せば、面取りしていないダイスの刃部近傍の
応力がポンチ側より高くなるため、そのダイスの刃部側
で常に亀裂が発生するようになり、クリアランスｃが比
較的大きい場合でもダイス側すなわち製品側のバリを
０．１ｍｍ程度以下に維持することができるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、板状ワ
ークに四角形，楕円形等の異形穴を抜き加工する場合に
は、上記のように先端周縁部に面取りを施したポンチを
用いて穴抜き加工を行っても、角部等の曲率の大きい部
位では製品側に大きなバリが残ることがあった。これ
は、曲率の大きい部位では、抜き加工時に板状ワークの
肉が寄り集まるため、曲率の小さい部位に比較して板厚
の減少が遅れるとともに、それに伴ってダイス側におけ
る亀裂の発生が遅れ、その間にポンチ近傍の引張応力が
ネッキング発生値を越えてしまい、ダイス側から亀裂が
発生する前にポンチ側でネッキングによる破断を生じる
ためである。図１０は、このように面取り２６が施され
たポンチ１４の近傍でネッキングが生じた状態を示す図
である。

【０００６】また、このような従来の穴抜き方法では、
形成すべき穴の形状に応じて専用のポンチおよびダイス
を多数用意する必要があるため、それ等の在庫量が多く
なるとともに、型製作費を含む穴抜き加工の加工コスト
が高くなるという別の問題も含んでいた。

【０００７】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、異形穴を良好に抜き
加工できるようにするとともに、形状や大きさが異なる
異形穴を共通のポンチで抜き加工できるようにすること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、第１発明は、板状ワークに長円形以外の異形穴を
抜き加工するため、その異形穴に対応する形状の抜き穴
が形成されたダイス上に前記板状ワークを載置してポン
チを押圧する異形穴抜き方法において、横断面が前記抜
き穴内に挿入し得る円形状または長円形状を成すととも
に、先端周縁部に所定の面取りが施されたポンチを用い
て、前記ダイス上に載置された板状ワークに前記長円形
以外の異形穴を抜き加工することを特徴とする。

【０００９】また、第２発明は、板状ワークに長円形以
外の異形穴を抜き加工するため、その異形穴に対応する
形状の抜き穴が形成されるとともに前記板状ワークが載
置されるダイスと、そのダイスの上方に配設されて前記
抜き穴内に挿入されるポンチとを備えた異形穴抜き装置
において、前記ポンチの横断面は円形状または長円形状
を成しているとともに、そのポンチの先端周縁部には所
定の面取りが施されていることを特徴とする。

【００１０】

【作用】すなわち、製品側にバリを残すことなく異形穴
を抜き加工できるように、その異形穴に対応する形状の
抜き穴を有するダイスと先端周縁部に面取りを施したポ
ンチとを用いて種々の実験，研究を重ねたところ、角部
等の曲率が大きい部位でもダイスとポンチとの間のクリ
アランスを大きくするとダイス側から亀裂が発生するよ
うになり、製品側にバリが残ることを良好に回避できる
ことを見出したのである。これは、曲率の大きい部位で
は、前述したように穴抜き加工時における素材の寄せ集
まりにより板厚の減少、更には亀裂の発生が遅れるが、
ダイスとポンチとの間のクリアランスを大きくすると、
クリアランスが小さい場合に比較してポンチ近傍におけ
る板状ワークの曲げ変形量が小さくなる、言い換えれば
ポンチ下降距離が同じであればポンチとダイスとの間に
おける板状ワークの傾斜が緩やかになるため、ポンチ近
傍におけるネッキングの発生が抑制され、面取りが施さ
れていないダイス側において先に亀裂が発生するように
なるからである。

【００１１】本発明はかかる知見に基づいて為されたも
ので、例えば正三角形や正方形，正多角形等の異形穴に
対しては、それに略内接するような円形断面のポンチを
用いれば、曲率の大きい角部のクリアランスが大きくな
るため、角部および直辺部共に面取りが施されていない
ダイス側から亀裂が発生して破断するようになり、製品
側に大きなバリを残すことなく良好に異形穴を抜き加工
できるのである。また、長方形の異形穴に対しては、両
端部が半円形の長円形状を成すポンチを用いることによ
り、上記と同様に製品側に大きなバリを生じさせること
なく抜き加工できるし、楕円形やその他の形状の異形穴
に対しては、その形状に応じて円形断面または長円形断
面のポンチが適宜用いられ得る。

【００１２】一方、異形穴の大きさが略同じであれば、
その形状が相違する場合でも共通のポンチを利用できる
し、異形穴の大きさが多少異なる場合でも、それより小
さい共通のポンチを用いて穴抜き加工を行うことができ
る。また、先端周縁部に面取りが施された本発明のポン
チを、円形や長円形の穴抜き加工に利用できることは勿
論であり、円形断面のポンチを用いて長円形の穴抜き加
工を行うことも可能である。

【００１３】

【発明の効果】このように、本発明の異形穴抜き方法ま
たは異形穴抜き装置によれば、製品側に大きなバリを生
じさせることなく角穴等の異形穴を良好に抜き加工でき
るようになる。しかも、異形穴の大きさや形状が多少異
なる場合でも共通のポンチを利用できるし、先端周縁部
に面取りが施された本発明のポンチを円形や長円形の穴
抜き加工に用いることも可能なため、ポンチの汎用性が
向上し、その在庫量や型製作費を含む加工コストが大幅
に低減される。また、円形断面や長円形断面のポンチ
は、異形断面のポンチに比較して製作が容易であるとと
もに従来から穴抜き加工に広く使用されているため、そ
れ等のポンチの先端周縁部に面取り加工を施すだけで容
易に本発明に適用できる利点がある。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。なお、以下の実施例において前記図７の
従来例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して
詳しい説明を省略する。

【００１５】図１の異形穴抜き装置３０は、板状ワーク
２２に正方形の穴抜き加工を行うためのもので、ダイス
ホルダ１８に配設されたダイス３２には、図２に示され
ているように正方形の抜き穴３４が形成されている。そ
の抜き穴３４の上端開口縁部は上面に対して略直角な刃
部３６とされている一方、抜き穴３４の４箇所の角部３
８は半径Ｒの円弧とされている。また、リテーナ１２を
介してプレススライド１０に配設されたポンチ４０は、
図２および図３から明らかなように、直径Ｄが上記抜き
穴３４の１辺の長さＬより小さい円形断面であるととも
に、先端周縁部には、面取り角θ、面取り幅Ｗでテーパ
状の面取り４２が施されている。

【００１６】このような異形穴抜き装置３０において
は、図１に示されているようにダイスホルダ１８上に板
状ワーク２２が載置された状態で、プレススライド１０
が下降させられてポンチ４０の先端部がダイス３２の抜
き穴３４内に挿入されることにより、ダイス３２の刃部
３６によって抜き穴３４に対応する形状の穴抜き加工が
行われる。その場合に、抜き穴３４の直辺部４４とポン
チ４０との間のクリアランスは比較的小さいため、図４
に示すようにポンチ４０の下降距離が比較的短い段階で
板状ワーク２２は大きく曲げ変形されるとともに板厚が
薄くなり、面取りが施されていないダイス３２の刃部３
６の近傍から亀裂が生じる。一方、抜き穴３４の角部３
８とポンチ４０との間のクリアランスは比較的大きいた
め、図５に示すようにポンチ４０の下降距離が比較的長
くなった段階でダイス３２の刃部３６の近傍から亀裂が
生じる。角部３８の近傍では、ポンチ４０により板状ワ
ーク２２が抜き穴３４内へ押し込まれる際に素材が寄り
集まるため、その板厚の減少が遅くなり、それに伴って
刃部３６の近傍における亀裂の発生も遅くなるが、刃部
３６とポンチ４０との間のクリアランスが大きいため、
ポンチ４０の近傍における板状ワーク２２の曲げ変形量
は小さく、ネッキングの発生が抑制されて、面取りが施
されていないダイス３２の刃部３６の近傍で先に亀裂が
発生するのである。

【００１７】このように、直辺部４４および角部３８の
何れにおいても、ダイス３２の刃部３６近傍から亀裂が
発生して抜き加工が行われることから、その抜き加工に
よって生じるバリはポンチ４０によって抜き落とされる
残材側に残り、製品側には０．１ｍｍ程度以下のごく小
さなバリが生じるだけで、高い打抜き品質が得られる。

【００１８】因に、ダイス３２の抜き穴３４の一辺の長
さＬを２５ｍｍ、角部３８の半径Ｒを１〜２ｍｍ、ポン
チ４０の直径Ｄを２３ｍｍ、面取り４２の面取り角θを
４５゜、面取り幅Ｗを１ｍｍとし、板状ワーク２２とし
て厚さｔが０．７〜１．０ｍｍの軟鋼板に穴抜き加工を
行ったところ、製品側に生じるバリの高さは０．１ｍｍ
程度以下で、一辺の長さが２４．６〜２５．０ｍｍ程
度、言い換えればダイス３２の抜き穴形状に対する寸法
誤差が０．４ｍｍ程度以下の正方形の穴を打ち抜くこと
ができた。

【００１９】ここで、本発明者等の実験では、上記角部
３８の半径Ｒが１ｍｍより小さくなると、その角部３８
の抜けが悪くなるため、角部３８の半径Ｒは１ｍｍ程度
以上であることが望ましい。また、一辺の長さＬは、形
成すべき穴の大きさに応じて適宜設定されるが、実際に
抜き加工された穴はダイス３２の抜き穴３４に対して
０．４ｍｍ程度以下の寸法誤差を有するため、要求精度
がそれより厳しい場合には、その誤差を考慮して抜き穴
３４の大きさを設定することになる。

【００２０】ポンチ４０の直径Ｄは、形成すべき穴の大
きさに応じて適宜定められるが、ポンチ４０と抜き穴３
４の直辺部４４との間のクリアランスｃが０．２ｍｍ程
度以下になると型製作に高い精度が要求されるため、ク
リアランスｃが０．２ｍｍ程度以上（ｃ／ｔが２０％程
度以上）となる範囲で設定することが望ましい。また、
ｃ／ｔとバリの高さとの関係では、ｃ／ｔが５％程度以
下ではｃ／ｔの増加に伴ってバリが大きくなるが、ｃ／
ｔが５％程度以上ではバリの大きさは０．１ｍｍ程度で
一定となり、クリアランスｃが大きくなっても打抜き品
質が損なわれることはない。但し、クリアランスｃが大
きくなると、穴抜きのために必要なポンチ４０の下降ス
トロークが大きくなるとともに、ダイス３２との交差代
（食込み量）が大きくなって型製作が面倒になるなどの
問題があるため、この点も考慮して直径Ｄは定められ
る。

【００２１】更に、面取り４２を施した後の先端部の直
径寸法が５ｍｍ程度以下になると板状ワーク２２を突き
破ってしまうため、板状ワーク２２の材質によっても異
なるが、上記直径Ｄは６ｍｍ程度以上であることが望ま
しい。例えば、直径Ｄ＝６ｍｍ、面取り角θ＝４５゜、
面取り幅１ｍｍのポンチ４０、および一辺の長さＬ＝７
ｍｍ，８ｍｍ，９ｍｍ、角部３８の半径Ｒ＝１ｍｍのダ
イス３２を用いて、厚さｔ＝０．７〜１．０ｍｍの軟鋼
板に穴抜き加工を行った場合には、前記試験例と同様に
バリの高さが０．１ｍｍ程度以下、寸法誤差が０．４ｍ
ｍ程度以下の正方形の穴を打ち抜くことができた。同様
のポンチ４０と、直径が７ｍｍ，８ｍｍ，９ｍｍの円形
の抜き穴が設けられたダイスとを用いて、円形の穴抜き
加工を行った場合も同様の結果が得られた。

【００２２】また、ポンチ４０の先端周縁部に設けられ
る面取り４２の面取り幅Ｗは、製品側に大きなバリが残
ることを防止する上で１ｍｍ程度以上であることが望ま
しい。しかし、面取り幅Ｗが大きくなると、穴抜きのた
めに必要なポンチ４０の下降ストロークが大きくなると
ともに、直径Ｄが小さい場合には先端部が尖鋭になるた
め、それ等を考慮して面取り幅Ｗは０．５〜１．５ｍｍ
程度の範囲内で設定することが望ましい。面取り角θに
ついては、それが大きすぎたり小さすぎたりすると面取
り４２の効果が小さくなるため、例えば３０〜６０゜程
度の範囲で適宜設定され、４５゜程度とすることが望ま
しい。平面取りの代わりにＲ面取りを施すことも可能で
ある。

【００２３】また、バリ等の打抜き品質は、板状ワーク
２２の材質や板厚ｔによっても大きく異なるため、上記
角部３８の半径Ｒや直径Ｄ、面取り幅Ｗ等は、穴抜き加
工する板状ワーク２２の材質や板厚ｔを考慮して設定す
ることが望ましい。例えば、上記のように軟鋼板の場
合、板厚ｔが１．０ｍｍ以上になると角部３８の抜けが
悪くなるため、その場合には角部３８の半径Ｒを２．０
ｍｍ以上に大きくする必要がある。高張力鋼板やアルミ
板など破断効果が高い材質の場合には、角部３８の半径
Ｒが１〜２ｍｍ程度でも、板厚ｔが１．０ｍｍ以上のも
のを良好に穴抜き加工できる。

【００２４】一方、上記実施例や試験例では、正方形の
角穴を抜き加工する場合について説明したが、ダイス３
２の抜き穴形状を変更することにより、円形断面のポン
チ４０を用いて三角形や多角形，楕円形，直辺部の長さ
が短い長円形、長辺と短辺との割合が１に近い長方形等
の他の異形穴を抜き加工することもできる。その場合
に、異形穴の大きさが略同じであれば、形状が相違する
場合でも直径Ｄや面取り幅Ｗが等しい同一のポンチ４０
を利用できるし、異形穴の大きさが多少異なる場合で
も、それより小さい共通のポンチ４０を用いて穴抜き加
工を行うことができる。また、先端周縁部に面取り４２
が施された円形断面のポンチ４０を用いて、その直径Ｄ
より大きい円形の穴抜き加工を行うことができることは
勿論である。

【００２５】このように、本実施例の異形穴抜き装置３
０によれば、製品側に大きなバリを生じさせることなく
角穴等の異形穴を良好に抜き加工できるようになる。し
かも、異形穴の大きさや形状が多少異なる場合でも共通
のポンチ４０を利用できるし、このポンチ４０を用いて
円形の穴抜き加工を行うこともできるため、ポンチ４０
の汎用性が向上し、その在庫量や型製作費を含む穴抜き
加工の加工コストが大幅に低減される。また、円形断面
のポンチ４０は、異形断面のポンチに比較して製作が容
易であるとともに従来から穴抜き加工に広く使用されて
いるため、それ等のポンチの先端周縁部に面取り加工を
施すだけで容易に本装置３０に用いることができる。面
取り４２が施されていない従来の円形断面のポンチが、
使用によって先端部に欠け等の損傷を受けた場合、従来
はそのまま廃棄処分としていたが、損傷を受けた先端周
縁部に面取り４２を施して本装置３０に利用することも
可能で、資源の有効利用を図ることができる。

【００２６】なお、上記実施例では円形断面のポンチ４
０を用いて異形穴を抜き加工する場合について説明した
が、長方形の異形穴を抜き加工する場合には、図６に示
すように、その異形穴に対応する長方形の抜き穴５０が
形成されたダイス、および両端部５２が半円形を成す長
円形断面で先端周縁部に面取りが施されたポンチ５４を
用いれば良い。この場合にも、長方形の異形穴を良好に
抜き加工できるとともに、辺の長さが多少異なる長方形
の異形穴や長円形，楕円形等の異形穴を共通のポンチ５
４で抜き加工することができるなど、前記実施例と同様
の効果が得られる。

【００２７】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、これ等はあくまでも一具体例であり、
本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加
えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である異形穴抜き装置を示す
構成図である。

【図２】図１の異形穴抜き装置におけるポンチの断面形
状およびダイスの抜き穴形状を示す図である。

【図３】図１の異形穴抜き装置におけるポンチの先端部
を示す図である。

【図４】図１の異形穴抜き装置によって穴抜き加工を行
う際のクリアランスが小さい部位における亀裂の発生状
態を説明する図である。

【図５】図１の異形穴抜き装置によって穴抜き加工を行
う際のクリアランスが大きい部位における亀裂の発生状
態を説明する図である。

【図６】長円形断面のポンチを用いて長方形の異形穴を
打ち抜く場合のポンチの断面形状およびダイスの抜き穴
形状を示す図である。

【図７】従来の穴抜き装置の一例を示す図である。

【図８】図７の装置により正方形の穴抜き加工を行う場
合のポンチおよびダイスを示す斜視図である。

【図９】従来の穴抜き装置におけるダイスとポンチとの
間のクリアランスとバリの高さとの関係を示す図であ
る。

【図１０】先端周縁部に面取りを施したポンチで異形穴
を抜き加工する場合に、ポンチの先端部近傍でネッキン
グが生じた状態を示す図である。

【符号の説明】

２２：板状ワーク ３０：異形穴抜き装置 ３２：ダイス ３４，５０：抜き穴 ４０，５４：ポンチ ４２：面取り

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状ワークに長円形以外の異形穴を抜き
   加工するため、該異形穴に対応する形状の抜き穴が形成
   されたダイス上に前記板状ワークを載置してポンチを押
   圧する異形穴抜き方法において、 横断面が前記抜き穴内に挿入し得る円形状または長円形
   状を成すとともに、先端周縁部に所定の面取りが施され
   たポンチを用いて、前記ダイス上に載置された板状ワー
   クに前記長円形以外の異形穴を抜き加工することを特徴
   とする異形穴抜き方法。
2. 【請求項２】 板状ワークに長円形以外の異形穴を抜き
   加工するため、該異形穴に対応する形状の抜き穴が形成
   されるとともに前記板状ワークが載置されるダイスと、
   該ダイスの上方に配設されて前記抜き穴内に挿入される
   ポンチとを備えた異形穴抜き装置において、 前記ポンチの横断面は円形状または長円形状を成してい
   るとともに、該ポンチの先端周縁部には所定の面取りが
   施されていることを特徴とする異形穴抜き装置。