JP5343688B2

JP5343688B2 - せん断加工用金型の不良検知装置およびこれを備えたせん断加工装置ならびにせん断加工用金型の不良検知方法

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Publication number: JP5343688B2
Application number: JP2009110710A
Authority: JP
Inventors: 啓司高村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: JP2010260113A

Description

本発明は、パンチおよびダイを備えたせん断加工用金型の不良検知装置およびこれを備えたせん断加工装置、ならびにせん断加工用金型の不良検知方法に関する。

一対のパンチおよびダイを備え、パンチとダイとの間に挟んだ被切断物を切断するせん断加工用金型は、被切断物の切断を繰り返すとパンチおよびダイが摩耗する。被切断物は、摩耗したパンチおよびダイを用いて切断されると、切断面にバリやダレなどが多く発生し、品質が低下する。

そのため、このようなせん断加工用金型では、被切断物の切断面にバリやダレが多く発生すると推測される切断回数に到達する前に交換される。このような切断回数は、一般的に、経験則に基づいて推測される。これにより、被切断物の品質が保たれる。

特開２０００−２０２７３９号公報

しかし、上記のようなせん断加工用金型においては、個々のパンチおよびダイによって摩耗のしかたが異なるため、経験則に基づいてパンチおよびダイの適切な交換時期を正確に予測することは困難である。そのため、被切断物の品質を確実に保てるように、パンチおよびダイを使用可能な状態のうちに高い頻度で交換する必要がある。

そこで、本発明は、パンチおよびダイの交換頻度を低減することができるせん断加工用金型の不良検知装置およびこれを備えたせん断加工装置、ならびにせん断加工用金型の不良検知方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、一対のパンチとダイとを備え、前記パンチと前記ダイとの間に被切断物を挟み、前記パンチと前記ダイとによって前記被切断物に荷重をかけて前記被切断物を切断するせん断加工用金型の不良検知装置において、前記せん断加工用金型の、前記被切断物の切断時に、前記パンチから前記被切断物に加わる荷重が最大となるときの前記パンチと前記ダイとの相対位置を検出する検出部と、該検出部に検出された前記相対位置の経時変化を示すデータを出力する出力部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、パンチおよびダイの交換頻度を低減することができるせん断加工用金型の不良検知装置およびこれを備えたせん断加工装置、ならびにせん断加工用金型の不良検知方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るせん断加工装置の側断面図である。図１に示したせん断加工装置の側断面図である。図２に示した領域Ａを拡大して示した図である。図１に示したせん断加工装置によって切断された被切断物の切断面の一例を示した図である。図１に示したせん断加工装置によって切断された被切断物の切断面の一例を示した図である。図１に示したせん断加工装置によって被切断物を切断する際の時間の経過による被切断物にかかる荷重およびパンチの位置の変化の一例を示した図である。図１に示したせん断加工装置によって被切断物を切断する際の時間の経過による被切断物にかかる荷重およびパンチの位置の変化の一例を示した図である。図１に示したせん断加工装置によって被切断物を切断する際のパンチおよびダイの切断回数による降伏位置の変化の一例を示した図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るせん断加工装置の側断面図である。このせん断加工装置では、金属材料をはじめとする各種材料により形成された被切断物を切断することができる。

このせん断加工装置は、被切断物４を切断するせん断加工用金型１０１と、金型１０１の不良を検知する不良検知装置１００と、を有している。

金型１０１は、オス型であるパンチ１と、パンチ１の下面に対向する位置に開口部が形成されたメス型であるダイ３と、パンチ１の上部を保持する上型２０と、ダイ３の下部を保持する下型２１と、を備えている。また、金型１０１は、下型２１の上面に対向し、スプリング９を介して上型２０の下面に取り付けられたストリッパ２を備えている。ストリッパ２には、ダイ３の開口部に対向する位置に開口部が形成されている。パンチ１は、ストリッパ２の開口部およびダイ３の開口部と同心になるように配置されている。このせん断加工装置によって切断する対象である被切断物４はダイ３の上面にセットされる。

また、このせん断加工装置は、上型２０を上下方向に移動させる駆動部５と、駆動部５と上型２０とを接続する軸２３と、を有している。駆動部５は、ダイ３の上面にセットされた被切断物４を切断する際に、軸２３を介して上型２０を連続的に下降させる。

上型２０が下降すると、まずストリッパ２が被切断物４の上面に当接する。その後、上型２０が下降するにしたがってスプリング９が縮み、スプリング９の弾性回復力によりストリッパ２が被切断物４を付勢することによって、被切断物４がダイ３の上面に固定される。

上型２０がさらに下降すると、パンチ１が被切断物４の上面に当接し、昇圧過程が開始する。昇圧過程では、上型２０が下降するにしたがって、パンチ１から、被切断物４のパンチ１に対向した部分Ｐ１に加わる荷重が上昇する。昇圧過程において、パンチ１がダイ３の開口部に入り込む方向に移動しようとするため、被切断物４の部分Ｐ１はパンチ１に押されてダイ３の開口部に入り込もうとする一方、被切断物４の部分Ｐ２はダイ３の上面に留まり続ける。したがって、被切断物４の部分Ｐ１と部分Ｐ２との間の部分Ｐ３に鉛直方向のせん断応力が加わる。

昇圧過程において、上型２０が下降していき、被切断物４の部分Ｐ３に加わるせん断応力が被切断物４の降伏点に達すると昇圧過程が終了し、部分Ｐ３をせん断するせん断過程が開始する。せん断過程では、パンチ１の外周面の下端およびダイ３の内周面の上端が刃となって、被切断物４をせん断する。

図２は、図１に示したせん断加工装置によって被切断物４が切断される際のせん断過程後の状態を示した図である。また、図２中の領域Ａを図３に拡大して示している。図３には、ストリッパ２を省略している。

図３に示すクラック４５ａ，４５ｂが発生するとせん断過程が終了し、破断過程が開始する。破断過程では、パンチ１が下降するとともに、クラック４５ａ，４５ｂがそれぞれ成長する。そして、パンチ１が被切断物４の厚さ方向に３分の２程度入り込んだところで、部分Ｐ１と部分Ｐ２とをつないでいるクラック４５ａとクラック４５ｂとの間の連結部分が部分Ｐ１と部分Ｐ２とに引っ張られることにより切れ、破断過程が終了する。このように、被切断物４の部分Ｐ１と部分Ｐ２とが分離され、被切断物４の切断が完了する。

図２に示したパンチ１の外周面とストリッパ２の開口部の内周面との間のクリアランスｄ１は、パンチ１とストリッパ２とが当接することがなく、かつストリッパ２が被切断物４をダイ３の上面に固定することができる範囲内で決定される。本実施形態では、新品状態のパンチ１におけるクリアランスｄ１を０．００５ｍｍとした。

また、パンチ１の外周面とダイ３の開口部の内周面との間のクリアランスｄ２は、被切断物４の厚さｔなどによって決定される。本実施形態では、被切断物４の厚さｔが０．１５ｍｍであり、新品状態のパンチ１およびダイ３におけるクリアランスｄ２を０．０１５ｍｍとした。

図４は、切断後の被切断物４の部分Ｐ２の切断面を示した図である。図４における上下方向は図２における上下方向に対応している。なお、部分Ｐ１では、上下逆にすると部分Ｐ２の切断面と同様になる切断面となっている。部分Ｐ２の切断面には上から下に向けて、ダレ４１、せん断面４２、破断面４３およびバリ４４の４つの部分が並んでいる。

ダレ４１は、昇圧過程において、パンチ１が被切断物４の部分Ｐ３の上面を押し下げることにより形成された曲面である。せん断面４２は、せん断過程において、被切断物４の部分Ｐ３がせん断されて形成された平滑な面である。破断面４３は、破断過程において、クラック４５ａが成長することによって形成された粗い面である。バリ４４は、破断過程において部分Ｐ１と部分Ｐ２とをつないでいた連結部分が、部分Ｐ１と部分Ｐ２とに引っ張られることによって切れ、連結部分の一部が突出した状態で残されている部分である。

被切断物４の切断を繰り返して摩耗したパンチ１およびダイ３を使用して被切断物４を切断すると、図５に示すように、被切断物４の切断面におけるダレ４１や破断面４３やバリ４４の割合が大きくなり、せん断面４２の割合が減少する。これは、パンチ１およびダイ３が摩耗することによりパンチ１の外周面とダイ３の内周面との間のクリアランスｄ２（図２参照）が大きくなることに起因する。

被切断物４の切断面におけるせん断面４２の割合は大きい方が望ましい。本実施形態では、新品状態のパンチ１およびダイ３を使用した場合の被切断物４の切断面におけるせん断面４２の割合は１／２程度である。被切断物４の切断面におけるせん断面４２の割合の下限は任意に決定することができる。本実施形態では、被切断物４の切断面におけるせん断面４２の割合が１／３を下回る場合に、被切断物４が不良品であると判断する。

パンチ１およびダイ３が被切断物４の切断を繰り返して摩耗することにより、クリアランスｄ２が徐々に大きくなると、このパンチ１およびダイ３によって切断された被切断物４の切断面におけるせん断面４２の割合が小さくなっていき、せん断面４２の割合はやがて１／３となる。ここで、このときのパンチ１およびダイ３の状態を摩耗限界ということとする。すなわち、パンチ１およびダイ３は、摩耗限界となる切断回数を超えて被切断物４を切断すると、切断後の被切断物４が不良品となる可能性が高い。

次に、本実施形態に係るせん断加工装置の不良検知装置１００について説明する。図１に示すように、不良検知装置１００は、荷重検出部２２、位置検出部６、データ処理部７および出力部２４を備えている。荷重検出部２２は、被切断物４の切断時に駆動部５が被切断物４に付与している荷重を検出する。位置検出部６は、被切断物４の切断時におけるパンチ１のダイ３に対する相対位置を検出する。

図６は、新品状態のパンチ１およびダイ３を用いて被切断物４を切断した際に、荷重検出部２２が検出した荷重および位置検出部６が検出した位置の、時間の経過による変化を示したグラフである。

駆動部５が被切断物４に荷重を付与し始めると、駆動部５が付与する荷重は、まず単調増加し、ピーク５１を超えると単調減少する。この時点で被切断物４の切断は終了している。

駆動部５が被切断物４に付与している荷重は、パンチ１から被切断物４の部分Ｐ１にかかっている荷重と、ストリッパ２の被切断物４の部分Ｐ２への付勢力となっている荷重と、を足し合わせたものである。しかし、昇圧過程では、上型２０はほとんど下降せずスプリング９の縮み量がほとんど変化しないため、ストリッパ２の被切断物４の部分Ｐ２への付勢力となる荷重はほぼ一定とみなすことができる。したがって、昇圧過程における駆動部５が被切断物４に付与する荷重の変化はパンチ１から被切断物４の部分Ｐ１にかかる荷重の変化によるものである。

被切断物４の切断時に、パンチ１から被切断物４の部分Ｐ１にかかる荷重は、被切断物４の部分Ｐ３に加わるせん断応力が降伏点に達するときに最大となる。このときに被切断物４の部分Ｐ１にかかる荷重を降伏荷重ということとする。したがって、駆動部５が被切断物４に付与する荷重がピーク５１に達するときに、被切断物４の部分Ｐ１にかかる荷重が降伏荷重となっている。

荷重検出部２２および位置検出部６は、図６に示した荷重および位置のデータをデータ処理部７に送る。データ処理部７は、重検出部２２および位置検出部６から送られたデータからピーク５１の時点におけるパンチ１のダイ３に対する上下方向の相対位置を算出する。ここで、データ処理部７によって算出されたパンチ１のダイ３に対する上下方向の相対位置を降伏位置ということとする。このように、不良検知装置１００において、荷重検出部２２、位置検出部６およびデータ処理部７は降伏位置を検出するための検出部を構成している。

降伏位置の検出は、パンチ１およびダイ３による被切断物４の切断のたびに行われ、データ処理部７は、降伏位置と、パンチ１およびダイ３による被切断物４の切断回数と、を一組のデータとして出力部２４に送る。出力部２４は、データ処理部７から送られたすべての一組のデータを出力する。

パンチ１およびダイ３が摩耗していくと、荷重検出部２２が検出する荷重および位置検出部６が検出する位置の、時間の経過による変化は図７に示すようになる。図６と図７とを比較すると、摩耗したパンチ１およびダイ３では、降伏荷重が小さくなり、降伏位置が高くなることがわかる。また、図７の荷重のグラフでは図６の荷重のグラフよりピーク５１の位置が左側にずれており、摩耗したパンチ１およびダイ３では、被切断物４の部分Ｐ１にかかる荷重が降伏荷重になるまでの時間が早まることがわかる。

出力部２４が出力するデータの一例を図８に示す。すなわち、図８は、パンチ１およびダイ３の切断回数による降伏位置の変化を示したグラフである。パンチ１およびダイ３の切断回数が増えるとともに、降伏位置は連続的に徐々に高くなる。

したがって、摩耗限界のパンチ１およびダイ３を用いて被切断物４を切断する際に検出された降伏位置を限界位置として設定し、パンチ１およびダイ３の切断回数による降伏位置の連続的な経時変化により降伏位置の高さが限界位置の高さと一致したときに、このパンチ１およびダイ３が摩耗限界であると判断することができる。

以上のように、本実施形態に係るせん断加工装置では、不良検知装置１００によってパンチ１およびダイ３が摩耗限界であることを個別に検知することができるため、パンチ１およびダイ３を摩耗限界まで使用することによりパンチ１およびダイ３の交換頻度を低減することができる。

なお、図８のグラフは線として示しているが、実際には各データにより形成された点の集合であり、図８のグラフの降伏位置が単調に上昇している部分もミクロ的に見ると必ずしも連続的であるとは言えない場合がある。しかし、本実施形態では、降伏位置が、グラフ全体をマクロ的に見たときに単調に上昇する傾向に沿っている場合には、連続的であると判断する。

また、図８に示したグラフにはピーク５２が存在し、この部分のみ降伏位置が非連続的な変化を示している。これは、たとえば、パンチ１の位置がダイ３の開口部に対してずれていたり、パンチ１またはダイ３と、被切断物４との間に異物が挟まっていたりして、パンチ１とダイ３との少なくとも一方に何らかの異常が発生している場合に発生するものである。このような金型異常が発生している場合には、切断された被切断物４は不良品となることが多い。

本実施形態に係るせん断加工装置では、降伏位置の高さの許容範囲を限界位置の高さ以下とし、降伏位置の高さが非連続的な変化によって限界位置の高さを超える場合に金型異常であると判断し、そのときに切断された被切断物４を除去することができる。これにより、切断後の被切断物４の不良品を除去することができるため、このせん断加工装置によって切断した被切断物４の品質が向上する。

なお、金型異常と判断する降伏位置の高さの許容範囲の上限は、限界位置の高さとは別に設定してもよい。また、金型異常と判断する降伏位置の高さの許容範囲の下限を設定してもよく、さらに、許容範囲の上限と下限との両方を設定してもよい。

また、不良検知装置１００は、降伏位置と、パンチ１およびダイ３の切断回数とから、パンチ１およびダイ３が摩耗限界であるか否かや、金型異常であるか否かを判断する不良判断部（不図示）を有していてもよい。

不良判断部は、たとえば、パンチ１およびダイ３の切断回数ごとの降伏位置の差を算出し、直前の切断時との降伏位置の差が所定の範囲に収まっている場合にパンチ１およびダイ３の切断回数による降伏位置の変化が連続的であると判断し、所定の範囲に収まっていない場合にパンチ１およびダイ３の切断回数による降伏位置の変化が非連続的であると判断する。

そして、不良判断部は、たとえば、降伏位置の連続的な変化により降伏位置の高さが限界位置の高さと一致したときに、このパンチ１およびダイ３が摩耗限界であると判断し、降伏位置の高さが非連続的な変化によって限界位置の高さを超える場合に金型異常であると判断する。

なお、不良検知装置１００は、不良判断部を備えている場合には、出力部２４は備えていなくてもよい。

１パンチ
２ストリッパ
３ダイ
４被切断物
５駆動部
６位置検出部
７データ処理部
９スプリング
２２荷重検出部
２４出力部
１００不良検知装置
１０１金型

Claims

一対のパンチとダイとを備え、前記パンチと前記ダイとの間に被切断物を挟み、前記パンチと前記ダイとによって前記被切断物に荷重をかけて前記被切断物を切断するせん断加工用金型の不良検知装置において、
前記せん断加工用金型の、前記被切断物の切断時に、前記パンチから前記被切断物に加わる荷重が最大となるときの前記パンチと前記ダイとの相対位置を検出する検出部と、該検出部に検出された前記相対位置の経時変化を示すデータを出力する出力部と、を有することを特徴とするせん断加工用金型の不良検知装置。
前記出力部は、前記検出部に検出された前記相対位置と、該相対位置が検出された際の前記せん断加工用金型の切断回数と、を示すデータを出力する、請求項１に記載のせん断加工用金型の不良検知装置。
前記検出部は前記せん断加工用金型が前記被切断物を切断するたびに前記相対位置を検出する、請求項１または２に記載のせん断加工用金型の不良検知装置。
一対のパンチとダイとを備え、前記パンチと前記ダイとの間に被切断物を挟み、前記パンチと前記ダイとによって前記被切断物に荷重をかけて前記被切断物を切断するせん断加工用金型と、
前記パンチと前記ダイとの間に荷重をかける駆動部と、
前記せん断加工用金型の、前記被切断物の切断時に、前記パンチから前記被切断物に加わる荷重が最大となるときの前記パンチと前記ダイとの相対位置を検出する検出部と、該検出部に検出された前記相対位置の経時変化を示すデータを出力する出力部と、を備えた不良検知装置と、
を有するせん断加工装置。
前記出力部は、前記検出部に検出された前記相対位置と、該相対位置が検出された際の前記せん断加工用金型の切断回数と、を示すデータを出力する、請求項４に記載のせん断加工装置。
前記検出部は前記せん断加工用金型が前記被切断物を切断するたびに前記相対位置を検出する、請求項４または５に記載のせん断加工装置。
一対のパンチとダイとを備え、前記パンチと前記ダイとの間に被切断物を挟み、前記パンチと前記ダイとによって前記被切断物に荷重をかけて前記被切断物を切断するせん断加工用金型の不良検知方法において、
前記せん断加工用金型の、前記被切断物の切断時に、前記パンチから前記被切断物に加わる荷重が最大となるときの前記パンチと前記ダイとの相対位置を検出し、前記せん断加工用金型が前記被切断物を切断した切断回数の増加に伴う前記相対位置の連続的な変化により、前記相対位置があらかじめ設定された限界位置に達したときに、前記パンチおよび前記ダイが摩耗限界であると判断することを特徴とするせん断加工用金型の不良検知方法。
前記相対位置の非連続的な変化により、前記相対位置があらかじめ設定された許容範囲外となったときに、前記パンチと前記ダイとの少なくとも一方に異常が発生したと判断する、請求項７に記載のせん断加工用金型の不良検知方法。