JP5050127B1

JP5050127B1 - 抜刃接合箇所の溶接方法

Info

Publication number: JP5050127B1
Application number: JP2011271803A
Authority: JP
Inventors: 利行高橋
Original assignee: 株式会社タカハシ抜型製作所
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: JP2013123712A

Abstract

【課題】抜刃の刃先接合箇所のズレを防止する為に、溶接時の溶融熱による、刃先硬度低下、溶融後の歪み変形の防止し、溶融箇所表面に発生したポロシティを縮小解離し、相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所に強度を付加し、抜刃の刃先接合部のズレを解消する。
【解決手段】レーザービームを相対する抜刃のボディ接合部に、レーザービームを分割照射する事により、溶融箇所の溶融熱を抑制し、刃先硬度低下、溶融後の歪み変形を防止すると共に、同分割照射により、溶融箇所表面に発生するポロシティを縮小解離し、相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所に強度を付加し、刃先接合部のズレを防止する。
【選択図】図２

Description

抜刃接合箇所にレーザービームを用いて溶接する事に関する。

加工された抜刃（例えば曲げ加工、切削加工）は、加工されたベース板（例えばベニア板に抜刃厚分溝切り加工）に圧入し組み込まれた状態で抜型として、打ち抜き加工機（例えばプレス機）に取り付けられ、シート（例えば紙、プラスチック）を打ち抜き加工により裁断する。裁断された製品例として、紙器パッケージ、プラスチックパッケージ、電子部品、ガスケット、ゴム板が列挙される。

刃先接合部は、高頻度の打ち抜き回数、硬質材、肉厚材を打ち抜き加工した際に、ズレが生じると、裁断されずに製品不良になっていた為、刃先接合部にズレを防止する方法として、相対する抜刃のボディ接合部を溶接していた。

従来の抜刃接合部にレーザービームを用いての溶接方法について記述する。

抜刃材構成は、機械構造用炭素鋼鋼材に鋭角に加工された刃先を有し、刃先は高周波焼入れ法により、刃先硬度をＨＲＣ７０〜８０の範囲で硬質化され、抜刃のボディ中心層の硬度はＨＲＣ４０〜６０の範囲内、抜刃のボディ表面層では、曲げ加工を安易にするために、脱炭法により硬度をＨＲＣ２５〜３０の範囲内で軟質化された、各層に炭素含有量の相違する特殊鋼材である為に、次のような問題点があった。

刃先接合部のズレを防止する為に、溶接により相対する抜刃のボディ接合部に強度を付加し溶接するには、高密度エネルギーが得られるレーザービームを用いる事で、相対する抜刃のボディ接合部の溶融箇所を広幅化する必要があった。

しかし、この方法では、刃先、抜刃のボディ中心層、抜刃のボディ表面層では、炭素含有量に相違が生じている為、炭素含有量の少ない抜刃のボディ表面層の溶融では、炭素不足により強度は保てず、打ち抜き加工時に、溶融箇所に溶接割れの原因になっていた。

レーザービームを用いて刃先接合部のズレを防止する為に、溶接により相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所に強度を付加し、良質の溶接状態を得るには、炭素含有量の多い抜刃のボディ中心層まで溶融する必要があった。

刃先接合部のズレを防止する為に、溶接により相対する抜刃のボディ接合部の強度を付加し、良質の溶接状態を得るには、溶融幅を広幅化し、炭素含有量の多い抜刃のボディ中心層まで溶融するには、レーザービーム出力を増幅させ溶融深度を得る必要があった。

この溶接方法を用いる事により、溶融深度が深くなり、抜刃のボディ中心層の溶融量が増大し、強度を増加する事は出来ていたが、溶融熱が過大になり、刃先硬度低下、溶融後の歪み変形の原因になっていた。

また、抜刃のボディ表面層では、溶融熱が過大になり、ポロシティ（溶融時に金属が蒸発気化し、凝固する過程で空孔として残る）が、溶融箇所の表面に発生し、相対する抜刃のボディ接合部の強度低下、溶融箇所の溶接割れの原因になっていた。

特許公開２００９−１６６１４９公報

相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所の溶融深度を抜刃のボディ中心層まで溶融し、溶融幅を広幅化する事で、相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所に強度を付加し、刃先接合部のズレを防止する。

相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所の溶融熱を抑制し、刃先硬度低下、溶融後の歪み変形を防止する。

相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所のポロシティを縮小及び解離し、相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所に強度を付加し、溶融箇所の溶接割れを防止する。

相対する抜刃のボディ接合部に、レーザービームを分割照射する事により、溶融箇所に発生する溶融熱を抑制し、溶融熱による刃先硬度低下、溶融後の歪み変形を防止すると共に、同分割照射により、溶融箇所に発生するポロシティを縮小及び解離し、ポロシティによる強度低下を防止し、相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所に強度を付加し、刃先接合部のズレを防止する手段である。

請求項１の溶接方法を用いる事で、溶融熱による刃先硬度低下、溶融後の歪み変形を防止し、ポロシティを縮小解離することで、相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所に強度を付加し、刃先接合部のズレを防止する事が可能になった。

（ア）抜刃詳細の斜視図（イ）図１（ア）断面図（Ａ−Ｂ）（ア）本発明に係る溶接方法の第一照射過程実施後の斜視図（イ）図２（ア）断面図（Ａ−Ｂ）（ア）本発明に係る溶接方法の第二照射過程実施後の斜視図（イ）図３（ア）断面図（Ａ−Ｂ）

発明の実施形態に当たり、設定条件（抜刃、レーザービーム）について記述する。

抜刃は、抜刃厚０．４５〜１．０ｍｍ、抜刃高６〜１００ｍｍの範囲で加工されたものである。

レーザービーム発振装置は、ＹＡＧ溶接機を用いる。ＹＡＧ溶接機出力は、平均出力１２０Ｗ、シールドガスはアルゴンガスを使用しガス流量３．０〜６．０Ｌ／ｍｉｎ、レーザービーム径０．２〜１．５ｍｍ、パルスエネルギーは０．５〜２．０Ｊの範囲内で設定する。

溶融速度（レーザービーム移動速度）は、ポロシティの発生を考慮し、抜刃高、抜刃厚、アルゴンガス流量及びパルスエネルギーを可変しながら１．０〜２．４ｍｍ／ｓｅｃの範囲内で実施する。

以下に、相対する抜刃のボディ接合部にレーザー溶接の実施例を、図１から図３について詳しく説明する。

図１は抜刃の詳細斜視図である。図１（ア）における、１は抜刃であり構成は、２は刃先、３はボディからなっており、４は抜刃高、５は抜刃厚である。

図１（イ）は図1（ア）Ａ−Ｂ断面図であり、６は抜刃のボディ中心層、７は抜刃のボディ表面層である。

抜刃厚（５）０．７ｍｍ、抜刃高（４）２３．６ｍｍの実施に当たり、第一照射過程、第二照射過程に分割溶融する過程を記述する。

第一照射過程について記述する。図２（ア）は第一照射過程実施後の斜視図である。

図２（イ）は第一照射過程実施後の断面図であり、８は第一照射過程溶融幅、９は第一照射過程溶融深度、１０は第一照射過程レーザービーム、１１は相対する抜刃のボディ接合部、１２は溶融箇所、１３はポロシティである。

相対する抜刃のボディ接合部（１１）を嵌合し、拘束工具（例えばバイス）で拘束する。図では、拘束工具図を省略する。

溶融箇所（１２）は、相対する抜刃のボディ接合部（１１）に対して７０％以上を有する事によって、強度が確保される。

第一照射過程では、相対する抜刃のボディ接合部（１１）に、溶融箇所（１２）１５．０ｍｍ、第一照射過程溶融幅（８）０．２ｍｍ、第一照射過程溶融深度（９）０．４ｍｍの設定値を第一照射過程溶融設定値とする。

第一照射過程レーザービーム（１０）を、上記第一照射過程設定値を溶融可能な最小出力値（１５０Ｖ、パルスエネルギー１．０Ｊ）にて、溶融箇所（１２）を、溶融する事を第一照射過程とする。

図２（イ）は、第一照射過程実施後の断面図である。

図２（イ）において、抜刃のボディ中心層（６）を溶融しているが、抜刃のボディ表面層（７）では、ポロシティ（１３）が発生する。

第二照射過程について記述する。図３（Ａ）は第二照射過程実施後の斜視図である。

図３（ア）における、１４は第二照射過程溶融幅、１５は第二照射過程溶融深度、１６は第二照射過程レーザービームである。

図３（イ）は、第二照射過程実施後の断面図である。

第一照射過程と同一の溶融箇所（１２）を、第一照射過程溶融幅（８）より溶融幅が広い第二照射過程溶融幅（１４）０．６ｍｍとする。

第一照射過程と同一の溶融箇所（１２）を、第一照射過程溶融深度（９）より溶融深度が浅い第二照射過程溶融深度（１５）０．２ｍｍとする。

第二照射過程溶融深度（１５）を浅くする事により、抜刃のボディ表面層（７）に発生したポロシティ（１３）を再溶融し、同ポロシティを縮小解離し、溶融幅を幅広化している。

第二照射過程レーザービーム（１６）は、第二照射設定値を溶融可能な最小出力値（３５０Ｖ、パルスエネルギー２．０Ｊ）にて第二照射過程レーザービーム（１６）を相対する抜刃のボディ接合部（１１）の溶融箇所（１２）を、溶融する事を、第二照射過程とする。

本発明は上記記載の溶接方法を用いれば、抜刃厚（５）、抜刃高（４）が変化した際も、相対する抜刃のボディ接合部（１１）の溶融箇所（１２）を変更し、照射過程を増減する事により、溶融熱による刃先（２）の硬度低下を与える事無く、ポロシティ（１３）を縮小及び解離し、従来の問題を解決する事が可能である。

１抜刃
２刃先
３ボディ
４抜刃高
５抜刃厚
６抜刃のボディ中心層
７抜刃のボディ表面層
８第一照射過程溶融幅
９第一照射過程溶融深度
１０第一照射過程レーザービーム
１１相対する抜刃のボディ接合部
１２溶融箇所
１３ポロシティ
１４第二照射過程溶融幅
１５第二照射過程溶融深度
１６第二照射過程レーザービーム

Claims

レーザービームを使用し、抜刃接合箇所を溶接する方法であって、相対する抜刃のボディ接合部に、レーザービームを分割照射し、段階的に溶融幅を広げ、同分割照射時に溶融深度を浅くしていく事で、溶融箇所に発生する溶融熱を抑制し、溶融熱による刃先硬度低下、溶融後の歪み変形を防止すると共に、同分割照射により、溶融箇所に発生するポロシティを縮小及び解離し、ポロシティによる強度低下を防止する事により、相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所に強度を付加し、刃先接合部のズレを防止する事を特徴とする溶接方法。
相対する抜刃のボディ接合部を溶融時に、異金属線材を混入し融合する事により、相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所を合金化することにより、強度を増加する事を特徴とする請求項１記載の溶接方法。
相対する抜刃のボディ接合部に、両側より溶融する事により、相対する抜刃のボディ接合部溶融箇所に強度を増加する事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶接方法。