JP5012256B2 - 打ち抜きプレス加工方法、及び打ち抜きプレス金型 - Google Patents

Description

本発明は、厚さが異なるワークを所定形状に、バリを発生させることなく打ち抜くための打ち抜きプレス加工方法に関するものである。

通常のプレス金型は、パンチの先端部は平面であり、ワークが平板の場合には、パンチはワークに対して、全体がほぼ同じタイミングで、当接する。
打ち抜きプレス加工の場合、パンチとダイスとの間には所定のクリアランスが設定されている。金属材料のせん断の際、せん断力によってパンチとダイスの刃先が材料にくい込み、ある程度進行して材料を塑性変形させてから刃先から割れが生じてせん断が完了する。この場合、割れの進行方向は、板材の表面に対して垂直にならずある角度を持つ。このとき、パンチ側からの割れと、ダイス側からの割れとが、一直線上につながるように、クリアランスが設定される。
切断面のうち、せん断面はせん断の途中で刃先の側面によって押し付けられながらこすられ変形してできた面で、バニシ面とも呼ばれる。せん断面は、刃物で切断されたような比較的きれいな面である。せん断面の長さは、一般に板厚の１／３を標準としている。せん断面に続くのが破断面である。破断面は、材料がむしり取られたような面である。

打ち抜きプレス加工で打ち抜く箇所が、異なる厚みを有する場合、バリが発生したり、打ち抜き精度が低下したりする問題があった。
その問題を解決するために、特許文献１の考案では、板厚の異なる部分を有するワークを打ち抜くプレス金型として、板厚が変化するワーク断面と係合する形状のワーク押え（ストリッパ）と、板厚が変化するワーク断面と係合する段差付きパンチを用いている。これにより、異形断面のワークであっても、打ち抜き部位に均等な押え力とせん断力を与えることできるとしている。

実開平５−６０６１６号公報

しかしながら、特許文献１記載の打ち抜きプレス方法には、次のような問題があった。
すなわち、部品の最終的な使用状態によっては、一面が平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向で厚みが異なるワークを、該裏面にダイスを当接させ、該平板方向からパンチで打ち抜く打ち抜きプレス加工方法を必要とする場合がある。例えば、平板方向にバリやかえりが出ていると製品の機能上問題となる場合である。特許文献１のプレス方法では、平板方向にバリ等が発生するため、バリ取りの工程を設けなければならず、コストアップの問題があった。

具体例で説明する。ハイブリッド自動車で使用されるモータの固定子コアは、積層鋼板により構成されている。積層鋼板は、両側から押え板でサンドイッチされて、固定子コアを構成する。このとき、ハイブリッド自動車では、コギングを避けてモータの回転精度を均一にするため、外周各部で積層鋼板の厚さを測定する必要がある。そのため、外周の均等割りの４箇所または８箇所で押え板の外周部に切欠部が形成され、固定子コア組立後、固定子コアの厚みの均一性の確認を行っている。
一方、押え板の外周の内側には、傾斜面が形成されている。これは、磁気回路を的確に形成するためである。この切欠部を打ち抜きプレス加工方法で行う場合、傾斜部があるため、プレスの打ち抜き方向で厚さが異なっている。
一方、押え板の外側は、バリ等のない平板状であることが要求されるため、平板から打ち抜く必要がある。

ここで、平板方向からパンチをワークに切り入れる場合、ワーク厚みの異なる部分において、せん断から破断に切り替わるタイミングにずれが生じる。すなわち、ワークの厚みの小さい部分で、ワークとスクラップとの接続面が残り少なくなり、せん断から破断へと変化するときに、ワークの厚みの大きい部分では、ワークとスクラップとの接続面がまだ多いため、まだ破断に変化せずにせん断が行われており、せん断から破断への変化のタイミングは遅れる。
せん断から破断への変化のタイミングにずれが生じると、ワーク最終面における破断の位置にずれが発生し、最終位置（ワークの裏面）において、切断位置が近傍の２箇所に生じるため、線状の抜きかすが生じる問題があった。
線状の抜きかすは、モータの固定子コアに付いたままだと、巻線の絶縁材を傷つけたりする恐れがある。また、線状の抜けかすがダイス上に落下すると、ワークである固定子コアの面を傷つけ、モータの性能に悪影響を与える２次的な問題を発生させる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一面が平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向で厚みが異なるワークを、平板側から打ち抜いても、バリ等を発生することのない打ち抜きプレス加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係る打ち抜きプレス加工方法は、次のような構成を有している。
（１）一面が平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向で厚みが異なるワークを、該裏面にダイスを当接させ、該平板方向からパンチで打ち抜く打ち抜きプレス加工方法であって、記ワークの厚みの大きい部位に、パンチを早いタイミングで当接させる。
（２）（１）に記載する打ち抜きプレス加工方法において、前記ワークの厚みが不連続に変化している部位では、前記パンチが当接するタイミングを、前記部位の両側よりも遅くすることを特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する打ち抜きプレス加工方法において、前記パンチの先端形状が、前記プレス加工でワークが破断されたときの、せん断面と破断面との境界線の形状に対応していることを特徴とする。

また、本発明に係る打ち抜きプレス金型は、次のような構成を有している。
（４）一面が平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向で厚みが異なるワークを、該裏面にダイスを当接させ、該平板方向からパンチで打ち抜く打ち抜きプレス加工方法で使用される打ち抜きプレス金型であって、パンチの先端形状が、プレス加工でワークが破断されたときの、せん断面と破断面との境界線の形状に対応している。

次に、上記構成を有する打ち抜きプレス加工方法、及び打ち抜きプレス金型の作用と効果について説明する。
一面が平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向に厚みが異なるワークの打ち抜き加工方法について説明する。仮に、ワークの厚みが大きい部分をＡ部とし、厚みの小さい部分をＢ部と呼ぶ。
本発明の打ち抜きプレス加工方法においては、パンチの先端部が平板形状でなく、ワークの厚みの大きな部位に対応する位置でパンチの下面が突出している。このため、パンチがワークと当接するタイミングに時間的な相違が生じる。すなわち、パンチの突出部分が、早いタイミングで、ワークの厚みの大きい部位（Ａ部）に当接する。
パンチの突出がワークに当接したときに、パンチの一部に単位面積当たり大きな力がかかっているので、割れの発生、亀裂の発達が急速に進むと同時にパンチの側面が切断面を押付けながらこするため、その切断部分ではせん断による切断が行われ、その切断面はバニシ面となる。このとき、ワークとスクラップが接続している部分の変態能にはまだ余力があり、破断せずに、せん断が行われる。

その後、パンチの先端部分の全体がワーク（Ａ部及びＢ部）に当接すると、パンチの単位面積当たりの力が小さくなる。パンチの先端部分の全体がワークに当接したときにも、少しの間は、せん断が行われる。また、早いタイミングからせん断により切断面にバニシ面を形成していた部分においても、単位あたりの力が小さくなっても、しばらくの時間は、せん断が行われる。すなわち、切断される部分は材料変形に余力があり、破断が開始せずにせん断が行われる。
しかし、さらに時間が経過すると、切断作用が、せん断から破断に変化する。これは、切断部分における材料の変態能が尽き、パンチ先端から亀裂が入るためである。これにより破断が行われ、切断面は、バニシ面から破断面へと変化する。

Ａ部で発生させた割れに基づいてせん断が進行する一方、Ｂ部で発生させた割れに基づいてせん断が進行する。そして、Ａ部とＢ部で別々に形成されたせん断面を基礎として、破断面が形成される。
このとき、板厚差により破断に入るタイミングがずれると、ずれた破断の先端が行き違うため、ワークが、製品、スクラップ、打ち抜きかすの３つに分断され、線状の抜きかすが発生する。従来は、このずれを回避するために、パンチとダイスとの間のクリアランスを調整していたが、板厚差が大きい場合には、クリアランスの調整では、このずれを回避しきれなかった。
板厚差が大きい場合に生じる線状の抜きかすの発生を回避するために、本発明の打ち抜きプレス加工方法においては、Ａ部におけるせん断から破断へ移行する箇所を表面より深い位置に移動させ、Ａ部とＢ部とにおいて、せん断から破断に移行するタイミングを同じとさせることにより、Ａ部で発達する切断面が、Ｂ部で発達する切断面と最終位置（ワークの裏面）で一致するようにさせている。これにより、線状の抜きかすの発生をなくしている。

また、ワークの厚みが不連続に変化している部位（Ａ部とＢ部との境界部位）では、パンチが当接するタイミングを、部位の両側よりも遅くすることにより、せん断から破断へ移行するタイミングを遅くしているので、Ａ部における最終位置での切断面の到達遅れに対して、Ｂ部における最終位置での切断面の早い到達との連続性を確保することが容易となる。

具体的には、打ち抜きプレス金型であるパンチの先端形状を、プレス加工でワークが破断されたときの、せん断面と破断面との境界線の形状に対応して、ほぼ一致させることにより、Ａ部、Ｂ部、及びＡ部とＢ部との境界部位の各々において、パンチによるせん断面(バニシ)面から破断面への移行タイミングを調整することにより、パンチが最終位置(ワークの裏面)で発生させる亀裂の発生位置を連続とすることができ、線状の抜きかすの発生を防止することができる。

本発明を実施した実施の形態である打ち抜きプレス加工方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
ワーク１は、モータの固定子コアを構成するための積層鋼板の押え板であり、円盤形状をしていて、８箇所に切欠部が形成されている。また、前工程において、裏面の外周に沿って傾斜面が形成されているため、打ち抜き線に沿ってワーク１の厚さが相違している。パンチ２の平面図を図１２示す。連続平板で供給される材料を打ち抜くためのパンチ２である。パンチ２の両側に略半円状の打ち抜き線２１，２２が形成されている。打ち抜き線２１，２２には、４箇所ずつ中心に向かって突出する突出部２１ｂ、２２ｂが形成されている。
また、突出部２１，２２の図の垂直方向に平面より突き出た凸部２１ａ、２２ａが形成されている。凸部２１ａ、２２ａの間には、凹部２１ｃ、２２ｃが存在する。

図１に、一面１ｂが平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向（矢印Ａ）で厚みが異なるワーク１を打ち抜き加工するためのパンチ２とダイス３との断面形状を示す。すなわち、パンチ２は、図１２に示す２つの凸部２１ａと、その２つの凸部の間に形成された凹部２１ｃの部分に対応する箇所を示している。
パンチ２の先端部である下面には、凹部２ａ(図１２の凹部２１ａ、２２ｃに相当)が形成されている。ダイス３の上面には、凸部３ａが形成されている。ダイス３の凸部３ａの位置及び形状は、ワーク１の凹部１ａの位置及び形状と一致させている。

ここで、パンチ２の凹部２ａの形状の決定方法について説明する。
（１）先端部である下面が平面状のパンチでワーク１を打ち抜いた場合、線状の抜けかすが発生することはあるが、一応、打ち抜くことは可能である。そのとき、せん断面と破断面との境界線は、ワーク１の凹部１ａに対応して、凹部１ａに対応する位置で、上向きに凸状の境界線となる。せん断面は一様でないが、破断面は一様であるため、破断面の境界線をせん断面と破断面の境界線とするとわかりやすい。
（２）次に、パンチの下面に、凸状の境界線の位置及び大きさに一致させて、凹部を形成する。そして、そのパンチにより打ち抜きプレス加工を行う。そうすると、せん断面と破断面の境界線が少し変化する。

（３）次に、変化した境界線に一致させて、パンチの下面の凹部を形成し、そのパンチで再び打ち抜きプレス加工を行う。
（４）（３）の作業を数回繰り返すことにより、パンチ２の凹部２ａの形状が、最終的なせん断面と破断面との境界線の凹部の位置及び形状と一致する。この一致した凹部を有するパンチ２が、本実施例の打ち抜きプレス加工方法で使用しているパンチ２の形状である。
すなわち、ワーク１を打ち抜きプレス加工した最終的なワーク１の切断面を図９に示す。せん断によるバニシ面１１と破断面１２が形成されている。バニシ面１１と破断面１２との境界線１３の、凹部１ａに対応した位置に境界線１３の凹部１３ａが形成されている。この凹部１３ａとパンチの凹部２ａとが、位置及び形状で一致させている。

次に、打ち抜きプレス加工方法の工程を説明する。
図２は、ダイス３の上面にワーク１がセットされた第１工程を示す。第１工程では、ワーク１を固定するためのブランクホルダ４、パンチ２は、ワーク１から離れた位置にある。Ｃは、パンチ２とダイス３とのクリアランスを示している。
図３は、ワーク１が固定される第２工程を示す。第２工程では、ブランクホルダ４が下降してダイス３と共にワーク１を、打ち抜きプレス加工中にずれないように固定する。
図４は、ワーク１にパンチ２が当接を開始した第３工程を示す。第３工程は、パンチ２の先端部である下面がワーク１に当接した状態を示している。図５は、図４のＡ矢視図を示す。ワーク１の凹部１ａは、ダイス３の凸部３ａと嵌合されている。パンチ２の下面の凹部２ａの中心線は、ワーク１の凸部１ａの中心線と位置が一致している。ここで、パンチ２の凹部２ａ以外の平面部がワーク１に当接し、パンチ２の凹部２ａは、ワーク１から離れている。

図６は、パンチ２がせん断加工を行っている第４工程を示す。パンチ２の凹部２ａ以外の平面部がワーク１に少しの距離切り込んだ状態である。点線で示すのは、ワーク１から切り離されるスクラップ５である。スクラップ５とワーク１とは、パンチ２とダイス３とが形成する空間部で接続している。
すなわち、パンチ２の先端部が平板形状でなく、パンチ２がワーク１と当接するタイミングに時間的な相違が生じる。パンチ２の凹部２ａ以外の平面部が早いタイミングでワーク１に当接し、せん断加工を開始している。
パンチ２の凹部２ａ以外の平面部がワーク１に当接したときに、パンチ２の凹部２ａ以外の平面部に単位面積当たり大きな力がかかっているので、割れの発生、亀裂の発達が急速に進むと同時にパンチ２の側面が切断面を押付けながらこするため、その切断部分ではせん断による切断が行われ、その切断面はバニシ面となる。すなわち、ワーク１とスクラップ５が接続している部分の変態能にはまだ余力があり、破断せずにせん断が行われる。

図７は、せん断から破断に移行する時期の第５工程を示す。パンチ２は、凹部２ａを含めて全ての面でワーク１を切断している。点線で示すのは、ワーク１から切り離されるスクラップ５である。この時点では、図９に示す最終的な打ち抜きプレス加工面で、バニシ面１１と破断面１２との境界線１３の位置にパンチ２が位置している。パンチ２の下面は、境界線１３と形状も一致している。この時点から、パンチ２とワーク１との全ての面で同時に破断が開始する。
図８は、打ち抜きプレス加工により、ワーク１が打ち抜かれ、スクラップ５が下に落下する第６工程を示している。

以上詳細に説明したように、本実施例の打ち抜きプレス加工方法によれば、一面が平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向で厚みが異なるワーク１を、該裏面にダイス３を当接させ、該平板方向からパンチ２で打ち抜く打ち抜きプレス加工方法であって、ワーク１の厚みの大きい部位に、パンチ２を早いタイミングで当接させるので、ワーク１の厚みの大きい部分におけるせん断から破断へ移行する箇所を表面より深い位置に移動させ、ワーク１の厚み大きい部分と厚みの小さい部分とにおいて、せん断から破断に移行するタイミングを同じとさせることができるため、ワーク１の厚みの大きい部分で発達する切断面が、厚みの小さい部分で発達する切断面と最終位置（ワークの裏面）で一致するようにさせることができ、線状の抜きかすの発生をなくしている。

また、本実施の形態の打ち抜きプレス加工方法、及び打ち抜きプレス金型においては、パンチ２の先端形状が、プレス加工でワーク１が破断されたときの、せん断面１１と破断面１２との境界線１３の形状と一致させているので、ワーク１の厚みの大きい部分におけるせん断から破断へ移行する箇所を表面より深い位置に移動させ、ワーク１の厚みの大きい部分と厚みの小さい部分とにおいて、せん断から破断に移行するタイミングを同じとさせることができるため、ワーク１の厚みの大きい部分で発達する切断面が、厚みの小さい部分で発達する切断面と最終位置（ワークの裏面）で一致するようにさせることができ、線状の抜きかすの発生をなくしている。

次に、本発明の第２の実施例を図１０に示す。
第２実施例では、ワーク１が、上面１ａが平板状であり、厚みが段差的に直角で変化する薄板部分１ｂが存在する。
ダイス３は、ワーク１と同じ段差部３ａが形成されており、ワーク１は、ダイス３のぴったり保持される。パンチ２は、先端部に段差部２ｂを備えている。下面２ａから段差部２ｂへ移行する箇所に凹部２ｃが形成されている。この段差部２ｂ及び凹部２ｃは、第１実施例と同様に繰り返しの試行により、決定した形状である。
図１１に、ワーク１の打ち抜きプレス加工した切断面を示す。バニシ面１１と破断面１２との境界線１３は、下線１３ａから段差部１３ｂへ移行する箇所に凹部１３ｃが形成されている。パンチ２の先端形状は、図１１の境界線１３と一致している。

第２実施例の打ち抜きプレス加工方法によれば、ワーク１の厚みが不連続に変化している部位では、パンチ２が当接するタイミングを、部位の両側よりも遅くすることにより、せん断から破断へ移行するタイミングを遅くしているので、厚みの大きい部分における最終位置での切断面の到達遅れに対して、厚みの小さい部分における最終位置での切断面の早い到達との連続性を確保することが容易となる。すなわち、ワーク１の厚みが不連続に変化している部位、すなわち、段差部位においては、せん断から破断に移行するタイミングがばらつき、タイミングが一定に特定できない傾向がある。このとき、段差部位における破断開始タイミングをその部位の両側部位よりも遅らせることにより、両側部位における破断開始により決定される破断面に追従するため、段差部位の破断面を、両側部位に合わせことができる。
具体的には、不連続部に対応するパンチの箇所に凹部２ｃを形成することにより、実施される。

以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、本実施例では、パンチ２の凹部２ａの形状を複数回の試作により決定しているが、打ち抜きプレス加工時の応力分布等をシミュレーションすることにより、決定しても良い。

本発明の第１実施例のパンチ２、ワーク１、ダイス３の形状を示す図面である。 打ち抜きプレス加工方法の第１工程図である。 打ち抜きプレス加工方法の第２工程図である。 打ち抜きプレス加工方法の第３工程図である。 図４のＡ矢視図である。 打ち抜きプレス加工方法の第４工程図である。 打ち抜きプレス加工方法の第５工程図である。 打ち抜きプレス加工方法の第６工程図である。 第１実施例の打ち抜きプレス加工方法により打ち抜かれたワーク１の切断面を示す図である。 本発明の第２実施例のパンチ２、ワーク１、ダイス３の形状を示す図面である。 第２実施例の打ち抜きプレス加工方法により打ち抜かれたワーク１の切断面を示す図である。 本発明の第１実施例のパンチ２の平面図である。

符号の説明

１ ワーク
１ａ 凹部
２ パンチ
２ａ 凹部
３ ダイス
３ａ 凸部
１１ バニシ面
１２ 破断面
１３ 境界線

Claims (3)

1. 一面が平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向で厚みが異なるワークを、該裏面にダイスを当接させ、該平板側からパンチで打ち抜く打ち抜きプレス加工方法において、
   前記ワークの厚みの大きい部位に、前記パンチを早いタイミングで当接させること、
   前記ワークの厚みが不連続に変化している部位では、前記パンチが当接するタイミングを、前記部位の両側よりも遅くすること、
   を特徴とする打ち抜きプレス加工方法。
2. 一面が平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向で厚みが異なるワークを、該裏面にダイスを当接させ、該平板側からパンチで打ち抜く打ち抜きプレス加工方法において、
   前記ワークの厚みの大きい部位に、前記パンチを早いタイミングで当接させること、
   前記パンチの先端形状が、前記プレス加工でワークが切断されたときの、せん断面と破断面との境界線の形状と一致していること、
   を特徴とする打ち抜きプレス加工方法。
3. 一面が平板状で、裏面が打ち抜きプレス加工方向で厚みが異なるワークを、該裏面にダイスを当接させ、該平板側からパンチで打ち抜く打ち抜きプレス加工方法で使用される打ち抜きプレス金型において、
   前記パンチの先端形状が、前記プレス加工でワークが切断されたときの、せん断面と破断面との境界線の形状と一致していることを特徴とする打ち抜きプレス金型。

Images