JP6237894B2 - せん断加工部品の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、せん断加工部品の製造方法及び製造装置に関し、具体的には、自動車、建設機械、各種プラント等で用いられる、高張力鋼や超高張力鋼からなるせん断加工部品の製造方法及び製造装置に関する。
本願は、２０１４年０５月０８日に、日本国に出願された特願２０１４−０９７０４４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

図１６Ａは、被加工材１をせん断加工して穴を形成する穴空け加工を模式的に示す断面図である。また、図１６Ｂは、被加工材１をせん断加工して開断面を形成する切断加工を模式的に示す断面図である。
自動車や建設機械、さらには各種プラント等で用いられるせん断加工部品の製造に際しては、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、ダイ３上に被加工材１を載置した後に、パンチ２を図中の白抜き矢印の方向に押し込むことによって被加工材１を打ち抜く、せん断加工で製造されることが多い。

図１７は、せん断加工された被加工材１に形成されたせん断加工面８を示す断面図である。
図１７に示すように、せん断加工により形成された被加工材１のせん断加工面８は、被加工材１がパンチ２により押し込まれて形成されるダレ４と、パンチ２及びダイ３間のクリアランス内（以下、本明細書において特に断りなく「クリアランス」と表記した場合は、パンチ及びダイ間のクリアランスを意味する）に被加工材１が引き込まれて局所的に引き伸ばされて形成されるせん断面５と、パンチ２及びダイ３間のクリアランス内に引き込まれた被加工材１が破断して形成された破断面６と、被加工材１の裏面に生じるバリ７と、を含む。

せん断加工は、低コストで加工できる利点がある。しかしながら、近年は被加工材１に求められる硬度が高くなる傾向にあり、単純に今まで通りのせん断加工方法を適用するのが難しい。例えば引張強度が７８０ＭＰａを超える高張力鋼板を被加工材１として用いる場合には、刃先の欠損により過大なバリ７が生じてしまうため、金型を頻繁に交換しなければならなくなり、生産性の低下が避けられない。
なお、ここで言う「刃先の欠損」は、「刃先の摩耗」とは異なる現象である。すなわち、摩耗は、刃先の丸みが加工回数の増加とともに増していく現象であるのに対し、欠損は、刃先が割れにより欠けて無くなる現象である。

工具刃先の摩耗は、例えば非特許文献１に開示されるように、工具の表面にコーティング処理を行うことにより抑制することが多い。
また、工具刃先の欠損に対しては、工具の締結部を柔軟なものとして、工具刃先が接触する際のショックを吸収及び緩和する方法や、例えば非特許文献２に開示されるようにパンチの刃先のみを丸めたり、面取りしたりする方法が知られている。

型技術、第１８巻、第８号、ｐｐ．８−９． 平成２５年度塑性加工学会春季講演大会予稿集、ｐｐ．１９３−１９４．

上記非特許文献１に記載されているような、工具表面にコーティング処理をする方法は、工具表面と被加工材との間の摩擦抵抗を減らすことにより、工具寿命の向上を図るものである。しかしながら、この方法では、最大引張強度が７８０ＭＰａ以上の高張力鋼板をせん断する場合に、工具刃先への衝撃に起因する突発的な工具刃先欠損を防止することができない。
また、上記非特許文献２に記載されている、パンチのみに刃先の丸みを付ける方法では、ダイの刃先欠損を防止することができない。なお、軟鋼のせん断加工に際しては、被加工材でバリが発生するのを防ぐために、パンチ及びダイの双方の刃先を鋭角にする必要が有り、上記非特許文献２に記載のような丸みや面取りを刃先に付けるとしても、パンチ及びダイの何れか一方のみに限定しないとせん断工具としての機能を十分に果たせない。

一方、本発明者らは、被加工材の硬度と工具（ダイやパンチなど）の硬度との比率がある値を超えた場合に、工具損傷の発生頻度が高まることを経験的に知っている。本発明者らが前記比率を実験により調べた結果を下表１に示す。なお、表１の工具評価において、ＧはＧｏｏｄ（良好）、ＮＧはＮｏｔ Ｇｏｏｄ（問題有り）を示す。
上記実験結果よれば、被加工材のビッカース硬度が工具のビッカース硬度の０．３倍以上となる、高張力鋼や超高張力鋼において、工具損傷の発生頻度が急激に高まることがわかった。なお、表１の実験では、それぞれ鋭角の工具刃先を持つパンチ及びダイを用いて実験を行った。また、被加工材の板厚をｔとした場合におけるパンチ及びダイ間のクリアランスを０．１×ｔ〜０．２×ｔの範囲で変更させたが結果に影響はなく、やはり、被加工材の硬度と工具の硬度との比率が支配的であることが確認された。

以上より、被加工材の硬度と工具の硬度との比率が０．３倍を境として、工具破損のメカニズムが大きく変わっていることが確認された。この点については、上記非特許文献１，２にも開示・示唆されていない。
よって、従来では、高張力鋼や超高張力鋼からなる高強度の被加工材を工具刃先の欠損なしにせん断加工する手段が確立されていなかった。そのため、上述したような、工具刃先の欠損による過大なバリ７の発生を防ぐためには、金型を頻繁に交換せざるを得なかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ビッカース硬度が工具のビッカース硬度の０．３倍以上となる高張力鋼や超高張力鋼からなる被加工材を用いても、突発的な刃先の欠損を生じることなく低コストでせん断加工部品を製造することが可能な、せん断加工部品の製造方法及び製造装置の提供を目的とする。

本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために、以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係るせん断加工部品の製造方法は、パンチのビッカース硬度及びダイのビッカース硬度の何れか低い方の０．３倍以上１．０倍未満のビッカース硬度を持つ被加工材に対して、前記パンチ及び前記ダイを用いて複数回のせん断加工を行うことにより、複数のせん断加工部品を製造する方法であって、前記ダイに前記被加工材を固定する工程と、前記パンチと前記ダイとを相対的に接近させて前記被加工材の打ち抜き加工を行う工程と、を含む前記せん断加工を複数回行い、これら一連のせん断加工の開始時に、前記被加工材に対向する第１先端面と、前記ダイへの接近方向を基準として前記第１先端面より後退した第１後退面を含む第１刃先と、を備える前記パンチと；前記被加工材に対向する第２先端面と、前記パンチへの接近方向を基準として前記第２先端面より後退した第２後退面を含む第２刃先と、を備える前記ダイと；を用いて前記せん断加工を行い、前記第１先端面に垂直な断面で見た場合の前記第１後退面が、下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、又は、前記第１先端面の接線に対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りであり；前記第２先端面に垂直な断面で見た場合の前記第２後退面が、下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、又は、前記第２先端面の接線に対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りである。
Rmin=(0.9+0.2e ^-0.08c )(0.3571x ² -0.2595x+0.0965) ．．．（式１）
Rmax=(0.9+0.2e ^-0.08c )(-9.1856x ⁴ +25.17x ³ -24.95x ² +11.054x-1.5824) ．．．（式２）
αmin=0.0222e ^2.0833x (0.9+0.1e ^-0.07c ) ．．．（式３）
αmax=(0.9+0.1e ^-0.07c )(-0.3274x ² +0.9768x-0.1457) ．．．（式４）
ここで、ｅは自然対数の底であり、ｃ（ｍｍ）は、前記ダイの内側面と前記パンチの外側面との間のクリアランスを示し、ｘは、前記パンチにあっては前記パンチのビッカース硬度で前記被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比であり、前記ダイにあっては前記ダイのビッカース硬度で前記被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比であって、なおかつ、０．３≦ｘ＜１．０を満たす。

（２）上記（１）の場合、前記第１後退面及び前記第２後退面の何れか一方もしくは両方が、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の曲率を持つ曲面、または、Ｃ０．０５ｍｍ以上Ｃ０．５ｍｍ以下の面取りであってもよい。

（３）上記（１）に記載の態様において、前記第１先端面と面取りとの間と前記面取りと外側面との間の少なくともいずれか一方に丸みが形成されたパンチと、前記第２先端面と面取りとの間と前記面取りと内側面との間の少なくともいずれか一方に丸みが形成されたダイと、の少なくともいずれか一方を用いてもよい。

（４）上記（１）〜（３）の何れか一項に記載の態様において、前記パンチの、前記第１先端面、前記第１後退面、及び外側面のうち、前記第１後退面の摩擦抵抗が最も高い第１条件と、前記ダイの、前記第２先端面、前記第２後退面、及び内側面のうち、前記第２後退面の摩擦抵抗が最も高い第２条件と、の少なくとも一方を満たすようにしてもよい。

（５）上記（１）〜（４）の何れか一項に記載の態様において、前記被加工材に、表面脱炭処理、メッキ処理、及び個体潤滑処理の何れか一つが施されていてもよい。

（６）本発明の他の態様に係るせん断加工部品の製造装置は、パンチのビッカース硬度及びダイのビッカース硬度の何れか低い方の０．３倍以上１．０倍未満のビッカース硬度を持つ被加工材に対して、複数回のせん断加工を行うことにより、複数のせん断加工部品を製造する装置であって、前記被加工材を固定するダイと、前記ダイに対して相対的に接近させて前記被加工材を打ち抜くパンチと、を備え、前記パンチが、前記被加工材に対向する第１先端面と、前記ダイへの接近方向を基準として前記第１先端面より後退した第１後退面を含む第１刃先とを備え、前記ダイが、前記被加工材に対向する第２先端面と、前記パンチへの接近方向を基準として前記第２先端面より後退した第２後退面を含む第２刃先とを備え、前記第１先端面に垂直な断面で見た場合の前記第１後退面が、下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、又は、前記第１先端面の接線に対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りであり；前記第２先端面に垂直な断面で見た場合の前記第２後退面が、下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、又は、前記第２先端面の接線に対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りである。
Rmin=(0.9+0.2e ^-0.08c )(0.3571x ² -0.2595x+0.0965) ．．．（式１）
Rmax=(0.9+0.2e ^-0.08c )(-9.1856x ⁴ +25.17x ³ -24.95x ² +11.054x-1.5824) ．．．（式２）
αmin=0.0222e ^2.0833x (0.9+0.1e ^-0.07c ) ．．．（式３）
αmax=(0.9+0.1e ^-0.07c )(-0.3274x ² +0.9768x-0.1457) ．．．（式４）
ここで、ｅは自然対数の底であり、ｃ（ｍｍ）は、前記ダイの内側面と前記パンチの外側面との間のクリアランスを示し、ｘは、前記パンチにあっては前記パンチのビッカース硬度で前記被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比であり、前記ダイにあっては前記ダイのビッカース硬度で前記被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比であって、なおかつ、０．３≦ｘ＜１．０を満たす。

（７）上記（６）の場合、前記第１後退面及び前記第２後退面の何れか一方もしくは両方が、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の曲率を持つ曲面、または、Ｃ０．０５ｍｍ以上Ｃ０．５ｍｍ以下の面取りであってもよい。

（８）上記（６）に記載の態様において、前記第１先端面と面取りとの間と前記面取りと外側面との間の少なくともいずれか一方に丸みが形成されたパンチと、前記第２先端面と面取りとの間と前記面取りと内側面との間の少なくともいずれか一方に丸みが形成されたダイと、の少なくともいずれか一方を備えていてもよい。

（９）上記（６）〜（８）の何れか一項に記載の態様において、前記パンチの、前記第１先端面、前記第１後退面、及び外側面のうち、前記第１後退面の摩擦抵抗が最も高い第１条件と、前記ダイの、前記第２先端面、前記第２後退面、及び内側面のうち、前記第２後退面の摩擦抵抗が最も高い第２条件と、の少なくとも一方を満たすようにしてもよい。

本発明の上記各態様によれば、ビッカース硬度が工具のビッカース硬度の０．３倍以上となる高張力鋼や超高張力鋼からなる被加工材を用いても、突発的な刃先の欠損を生じることなく低コストでせん断加工部品を製造することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るせん断加工装置の要部を示す図であって、ダイと、パンチ及び板押えとの間に被加工材を挟み込んだ状態を示す縦断面図である。 引張強度が７８０ＭＰａ未満の軟鋼板を被加工材としてせん断加工した場合におけるバリの発生状況を示す断面図である。 引張強度が７８０ＭＰａ以上の高張力鋼板を被加工材としてせん断加工した場合におけるバリの発生状況を示す断面図である。 高張力鋼板を被加工材としてせん断加工する際の、ダイの刃先とパンチの刃先とが欠損する際の詳細なメカニズムを説明するための図であって、せん断加工開始時の断面図である。 高張力鋼板を被加工材としてせん断加工する際の、ダイの刃先とパンチの刃先とが欠損する際の詳細なメカニズムを説明するための図であって、図３Ａの続きの工程を示す断面図である。 高張力鋼板を被加工材としてせん断加工する際の、ダイの刃先とパンチの刃先とが欠損する際の詳細なメカニズムを説明するための図であって、図３Ｂの続きの工程を示す断面図である。 工具刃先における塑性変形量の大きさ分布をシミュレーション計算で求めた結果を示す図である。 ３種類の鋼材を被加工材として工具刃先が破損するまで連続穴空け加工を行った際のショット数を示す棒グラフであり、横軸が工具刃先の丸みの曲率半径を示し、縦軸がショット数を示す。 軟鋼板を被加工材として連続穴空け加工を行った際のバリ高さの、ショット数に伴う推移を示すグラフである。 ５９０ＭＰａ鋼板を被加工材として連続穴空け加工を行った際のバリ高さの、ショット数に伴う推移を示すグラフである。 ７８０ＭＰａ高張力鋼板を被加工材として連続穴空け加工を行った際のバリ高さの、ショット数に伴う推移を示すグラフである。 工具刃先に面取りを設けた場合の断面形状を示す図であって、パンチの要部断面図である。 ３種類の鋼材を被加工材として工具刃先が破損するまで連続穴空け加工を行った際のショット数を示す棒グラフであり、横軸が工具刃先の面取り寸法を示し、縦軸がショット数を示す。 軟鋼板を被加工材として連続穴空け加工を行った際のバリ高さの、ショット数に伴う推移を示すグラフである。 ５９０ＭＰａ鋼板を被加工材として連続穴空け加工を行った際のバリ高さの、ショット数に伴う推移を示すグラフである。 ７８０ＭＰａ高張力鋼板を被加工材として連続穴空け加工を行った際のバリ高さの、ショット数に伴う推移を示すグラフである。 被加工材に表面処理として溶融亜鉛メッキを施した場合におけるバリ高さ低減の効果を示すグラフである。 本実施形態の変形例を示す図であって、パンチ及びダイのそれぞれに磨き分けを行った場合における工具刃先部分の拡大断面図である。 工具刃先が破損するまで連続穴空け加工を行った際のショット数を示す棒グラフであり、横軸が工具刃先の丸みの曲率半径、又は面取り寸法を示し、縦軸が工具破損までのショット数を示す。 連続穴空け加工を行った際のバリ高さの、ショット数に伴う推移を示すグラフである。 工具の他の変形例を示す図であって、工具の先端面に垂直な断面で見た場合の工具刃先部分の断面図である。 工具のさらに他の変形例を示す図であって、工具の先端面に垂直な断面で見た場合の工具刃先部分の断面図である。 被加工材をせん断加工して穴を形成する穴空け加工を模式的に示す図であって、パンチの軸線を含む断面で見た場合の縦断面図である。 被加工材をせん断加工して開断面を形成する切断加工を模式的に示す図であって、被加工材の厚み方向の断面で見た場合の縦断面図である。 せん断加工により形成された被加工材のせん断加工面を示す図であって、被加工材表面に垂直な断面で見た場合の断面図である。

本発明のせん断加工部品の製造方法及び製造装置に関する実施形態および変形例等について、以下に説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係るせん断加工装置の要部を示す。同図に示すように、本実施形態におけるせん断加工部品の製造装置１００は、被加工材１を上下より挟み込んで固定するダイ１２０及び板押え１３０と、ダイ１２０に対して相対的に接近して被加工材１を打ち抜くパンチ１１０と、を備えている。
せん断加工部品の製造装置１００は、パンチ１１０のビッカース硬度及びダイ１２０のビッカース硬度の何れか低い方の０．３倍以上１．０倍未満のビッカース硬度を持つ高張力鋼板を被加工材１として、複数回のせん断加工を行うことにより、複数のせん断加工部品を製造する装置である。

パンチ１１０は、被加工材１に対向する第１先端面１１１と、ダイ１２０への接近方向を基準として第１先端面１１１より後退した第１後退面１１２を含む第１刃先１１３とを備える。一方、ダイ１２０は、被加工材１に対向する第２先端面１２１と、パンチへ１１０の接近方向を基準として第２先端面１２１より後退した第２後退面１２２を含む第２刃先１２３とを備えている。
ダイ１２０は、被加工材１が載置される台座であり、パンチ１１０の、同パンチ１１０の軸線に垂直な断面における外側面１１４に対して所定のクリアランスｃを形成する内側面である貫通孔１２４が、前記パンチ１１０と同軸に形成されている。
板押え１３０は、ダイ１２０上に載置された被加工材１をダイ１２０との間に挟み込んで固定する工具であり、ダイ１２０と同様に、前記パンチ１１０と同軸の貫通孔１３１が形成されている。

ビッカース硬度が工具のビッカース硬度の０．３倍以上となる高張力鋼や超高張力鋼（以下、纏めて「高強度鋼」と呼ぶ場合がある）からなる被加工材をせん断加工した際に生じる工具刃先の欠損に関するメカニズムは、詳しくは知られていない。そこで、本発明者らは実験によりそのメカニズムを確認した。本発明は、その際に得た知見を基に完成させたものである。

まず、本発明者らは、引張強度が７８０ＭＰａである高張力鋼板を被加工材としてせん断加工を行った場合の工具耐久試験を行った。この工具耐久試験の結果、工具刃先の損傷が起こらない場合であっても、最初の１０００ショットまでに刃先がほぼ鋭角な状態から半径０．０５ｍｍ以上に摩耗することを知見した。

この際、工具刃先がこのような大きな丸みを有するにもかかわらず、被加工材のせん断加工部におけるバリは、高さ１００μｍ以下の軽微なものであった。刃先が丸い状態で突発的な欠損を防止できることは、例えば上述の非特許文献２に開示されていたが、これまでに引張強度が７８０ＭＰａ未満の鋼板（以下、便宜的に「軟鋼板」と言う）を被加工材とする場合には、パンチまたはダイのいずれか一方の刃先を必ず鋭角にしなければ、大きなバリが生じることが知られていた。よって、軟鋼板では、パンチおよびダイ両方の刃先を丸めたり、もしくは面取りしたりすると、大きなバリが生じることが当業者の技術常識であり、そのような切れ味の悪い工具刃先を持つ工具をあえて積極的に使用することは行われてこなかった。従来は、高強度鋼からなる被加工材についても同様であると一般的に考えられていたために、切れ味が悪いと思われる工具刃先を使用することは避けられていた。

鋼板の硬度（又は引張強度）によってせん断加工部のバリ高さが異なる理由は、鋼板の硬度（又は引張強度）に応じて鋼板の延性が異なるためであると考えられた。そこで、被加工材として軟鋼を用いた場合と高強度鋼を用いた場合との双方におけるバリの発生状況を調べるために、図２Ａ及び図２Ｂに示すせん断加工試験を行った。
図２Ａ及び図２Ｂは、鋼板のせん断加工時におけるバリの発生状況を示す部分断面図である。図２Ａは、引張強度が７８０ＭＰａ未満の軟鋼板を被加工材１Ａとして用いる場合を示し、図２Ｂは、引張強度が７８０ＭＰａ以上の高張力鋼板を被加工材１として用いる場合を示している。

図２Ａに示すように、被加工材１Ａが引張強度７８０ＭＰａ未満の延性の高い軟鋼板である場合には、塑性流動ｆが充分に起こった後に破断に至るため、工具２００の刃先２０１が丸いときには部分Ａにおいて過大なバリが発生した。これに対し、図２Ｂに示すように、被加工材１Ａが引張強度７８０ＭＰａ以上の高張力鋼板のような延性の乏しい材料である場合には、塑性流動が十分に起きず、工具２００の刃先２０１が丸くてもバリ高さがあまり高くならずに軽微なバリが部分Ｂにおいて発生した。
以上の試験結果より、せん断加工部のバリ高さが鋼板の硬度（又は引張強度）に応じて異なるのは、鋼板の延性が異なるためであることが推察された。

高張力鋼板をせん断する際の、ダイの刃先とパンチの刃先とが欠損する際のより詳細なメカニズムを特定すべく、ダイの刃先とパンチの刃先とがどのように欠損するのかを、実験により確認した。
その結果について図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。本実験では、引張強度７８０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなる被加工材１を、それぞれが鋭角な工具刃先を持つパンチ３００及びダイ３１０によりせん断加工した。

図３Ａは、パンチ３００及びダイ３１０により被加工材（高張力鋼板）１に穴空け加工をする際の初期過程を示す部分断面図であり、白抜き矢印に示すように、ダイ３１０に対してパンチ３００を接近させていく状況を示している。なお、同図に示すように、パンチ３００の刃先３０１及びダイ３１０の刃先３１１の両方とも、初期過程では直角な角を持つ断面形状を有している。

図３Ｂは、図３Ａよりもパンチ３００をダイ３１０に近づけた状態を示す部分断面図である。パンチ３００及びダイ３１０間の被加工材１がせん断される際、刃先３０１，３１１間を結ぶ直線を境として、被加工材１の一方から他方、他方から一方に向かう塑性流動が形成される。これら塑性流動は、流路が狭くなる刃先３０１，３１１間において特に圧力が高く、刃先３０１，３１１を自らの流れに沿って押しやるように加圧して塑性変形させる。
その結果、刃先３０１，３１１は、本来の位置よりも突出した突起となるが、さらにパンチ３００をダイ３１０に近づけて図３Ｃの過程に至ると、刃先３０１は塑性流動による押圧力を受けてパンチ３００の外側面にまで移動し、ついには欠損する。同様に、刃先３１１も塑性流動による押圧力を受けてダイ３１０の内側面まで移動し、そして欠損する。

このような刃先３０１，３１１の欠損が生じる原因としては、次のようなことが推察された。まず、せん断加工の進行に伴って刃先３０１，３１１間の間隔が狭まり、上述のような塑性流動が形成される。その際、もし被加工材１が軟鋼であれば、硬くないため、刃先３０１，３１１に対して高い応力を負荷する前に、塑性流動が刃先３０１，３１１間を通り抜けてしまう。

しかし、被加工材１が高張力鋼板の場合、その硬さ故、刃先３０１，３１１に当たる部分も含めて大きく自由に移動することができない。そのため、被加工材１のうち、刃先３０１，３１１に当たる部分は高い圧力を維持して止まったままとなり、刃先３０１，３１１に対して高い応力を負荷し続け、ついには刃先３０１，３１１のそれぞれを本来の位置よりも押し出すように塑性変形させることとなる。
続いて、パンチ３００の外側面に押し出された刃先３０１は、今度は、パンチ３００周囲の被加工材１との相対変移によるせん断力を受けて欠損する。同様に、ダイ３１０の内側面に押し出された刃先３１１も、ダイ３１０内の被加工材１との相対変移によるせん断力を受けて欠損する。

以上の実験結果を含めて検討した結果、ビッカース硬度が工具のビッカース硬度の０．３倍以上となる高張力鋼や超高張力鋼からなる被加工材をせん断加工する際には、軟鋼では敬遠されていた丸みや面取りを積極的に工具の刃先、すなわちパンチ３００の刃先３０１とダイ３１０の刃先３１１との両方に付与することが、工具の突発的な刃先の欠損に起因した過大なバリを抑制する上で効果的であると判断された。

そして、本発明者らは、工具刃先に付与する丸みや面取りの大きさについても詳細検討を試みた。以下にその検討結果を説明する。
まず、工具刃先に丸みを付ける場合の曲率半径について検討した。具体的には、被加工材のビッカース硬度Ｈｗ、工具のビッカース硬度Ｈｔ、そして工具間（パンチ及びダイ間）のクリアランスｃのそれぞれを設定した上で、工具刃先に生じる塑性変形量をシミュレーション計算した。シミュレーション計算結果の一例を、図４に示す。この図４の例では、塑性変形量の大きさを色分けしており、刃先最先端である符合Ｈの箇所において、塑性変形量が最大値になっている。この塑性変形量が許容範囲を超えるものであれば、工具刃先における丸みの曲率半径を大きくして再計算し、塑性変形量が前記許容範囲内となる条件を満たす丸みの最小曲率半径を求めた。そして、求まった丸みの最小曲率半径を、上記設定における丸み（Ｒ値）の最小値Rminとした。
上記のようなシミュレーション計算を、被加工材のビッカース硬度Ｈｗ、工具のビッカース硬度Ｈｔ、そして工具間のクリアランスｃそれぞれの組み合わせを変えながら行った。その結果を下表２に示す。

そして、上表２のシミュレーション計算結果に基づき、前記Rminを、硬度比ｘ及び工具間のクリアランスｃの関数である下記（式１）として求めた。
Rmin=(0.9+0.2e^-0.08c)(0.3571x²-0.2595x+0.0965) ．．（式１）
ここで、Rminの単位は（ｍｍ）であり、ｅは自然対数の底である。
また、ｃ（ｍｍ）は、工具間のクリアランスであり、穴空け工具の場合には、ダイの内側面とパンチの外側面との間のクリアランスを示す。
また、ｘは、被加工材のビッカース硬度Ｈｗ（ＭＰａ）を工具のビッカース硬度Ｈｔ（ＭＰａ）で除算した無次元数であるｘ＝Ｈｗ／Ｈｔを示し、なおかつ、後述の理由により０．３≦ｘ＜１．０を満たす値となっている。例えば穴空け工具の場合、ｘは、パンチにあってはパンチのビッカース硬度で被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比であり、ダイにあってはダイのビッカース硬度で被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比である。

前記硬度比ｘの下限値が０．３（０．３≦ｘ）である理由は、表１の実験結果に基づいて説明したように、本発明が前記比率として０．３倍以上の被加工材を適用対象としているからである。また、前記硬度比ｘの上限値が１．０未満（ｘ＜１．０）である理由は、被加工材のビッカース硬度Ｈｗが工具のビッカース硬度Ｈｔを超えると硬度バランスが逆転して加工できないからである。以上の理由より、硬度比は０．３≦ｘ＜１．０を満たす値となっている。

シミュレーション計算結果に基づいて得た上記式１の妥当性を検証するために、本発明者らは、パンチ及びダイ双方の刃先を、
（１）鋭角とした場合と、
（２）半径０．０１ｍｍの丸みを付けた場合と、
（３）半径０．０４ｍｍの丸みを付けた場合と、
（４）半径０．０５ｍｍの丸みを付けた場合と、
（５）半径０．５０ｍｍの丸みを付けた場合と、
（６）半径０．６０ｍｍの丸みを付けた場合と、
（７）半径１．００ｍｍの丸みを付けた場合と、
のそれぞれについて、直径１０ｍｍの穴空け加工を繰り返す工具耐久試験を行った。

被加工材としては、引張強度が２７０ＭＰａの軟鋼板、５９０ＭＰａ鋼板、７８０ＭＰａ高張力鋼板の３鋼種を用いた。そして、パンチ及びダイ間のクリアランスを１５％ｔ（％ｔは、被加工材の板厚に対するクリアランス幅の割合を示す。本例の場合には、被加工材の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に、クリアランスは０．１５×ｔ（ｍｍ）となる）として、最大で２万ショットの連続穴空け加工を行った。

図５に、工具刃先が破損するまでのショット数を棒グラフで示す。
図５に示すように、軟鋼板（２７０ＭＰａ鋼板）や５９０ＭＰａ鋼板を被加工材とした場合には、いずれの丸み寸法の工具条件であっても、工具刃先は破損しなかった（図５中の矢印は、２万ショット後でも破損がなかったことを示す。以下、他の図の棒グラフも同様である）。一方、７８０ＭＰａ高張力鋼板を被加工材とした場合には、工具刃先が鋭角のケースとＲ０．０１ｍｍのケースとＲ０．０４ｍｍのケースとにおいて工具刃先の破損が生じたのに対し、本発明例であるＲ０．０５ｍｍ〜Ｒ１．００ｍｍのケースでは工具刃先の破損が生じなかった。なお、使用した工具のビッカース硬度は６５３Ｈｖ、軟鋼板のビッカース硬度は８２Ｈｖ、５９０ＭＰａ鋼板のビッカース硬度は１８４Ｈｖ、７８０ＭＰａ高張力鋼板のビッカース硬度は２４５Ｈｖであった。なお、各鋼板とビッカース硬度値との対応関係は、本実施形態に記載の他の実験においても同様である。

より詳細に言うと、図５に示されるように、丸みが半径０．０４ｍｍ以下である上記（１）〜（３）の場合に比べて、丸みを半径０．０５ｍｍ以上とした上記（４）〜（７）の場合において、工具寿命の顕著な延びが確認された。当然ながら、工具刃先の突発的な欠損に起因する過大なバリも発生しなかった。
先に示した上記式１を求めたシミュレーション計算結果においても、丸みの半径を０．０５ｍｍ以上にすることで塑性変形量が抑えられることが確認されている。したがって、上記式１に基づいて、刃先に付与する丸みの下限値Rminを推定することが有効であることが確認された。

続いて、工具刃先の丸みの上限値Rmaxについて検討した。
工具刃先の丸み寸法が必要上に大きすぎると、せん断加工後の被加工材に生じるバリの高さ寸法が許容以上に高くなる傾向にあるので、許容できるバリ高さに対応する丸み寸法に基づいて上限値を定めることとした。具体的には、上記（１）〜（７）それぞれのケースにおいて、せん断加工を行い、所定のショット数毎にバリ高さを求めた。

図６Ａ〜図６Ｃに、連続穴空け加工により形成した穴部でのバリ高さがショット数に伴って推移する様子をグラフで示す。図６Ａは、軟鋼板を被加工材とした場合のグラフである。図６Ｂは、５９０ＭＰａ鋼板を被加工材とした場合のグラフである。図６Ｃは、７８０ＭＰａ高張力鋼板を被加工材とした場合のグラフである。なお、これら被加工材のうちで本発明が対象とするのは、図６Ｃに示す７８０ＭＰａ高張力鋼板であり、図６Ａ及び図６Ｂは参考として示したものである。

図６Ａ及び図６Ｂのグラフに示すように、軟鋼板や５９０ＭＰａ鋼板を被加工材とした場合は、工具刃先を鋭角やＲ０．０１ｍｍの丸みにしたケースを除き、全てのショット数を通じてバリ高さが０．２ｍｍ以上であった。

一方、図６Ｃに示すように、７８０ＭＰａ高張力鋼板を被加工材とした場合には、工具刃先の丸みがＲ０．５ｍｍ以下においてバリ高さを０．２ｍｍ以下に抑えることが出来たものの、工具刃先の丸みがＲ０．６ｍｍ以上ではバリ高さが急激に高くなっていることが確認された。
より具体的に言うと、図６Ｃに示すように、丸みの曲率半径が０．６ｍｍ以上である（６）〜（７）の場合ではバリ高さを許容範囲内に抑えられないものの、丸みの曲率半径が０．５ｍｍ以下である（２）〜（５）の場合においてはバリ高さを許容範囲内に抑えられることが確認された。

図６Ｃの実験結果を受け、７８０ＭＰａ級鋼以上の高張力鋼や超高張力鋼を被加工材として、同被加工材のビッカース硬度Ｈｗ、工具のビッカース硬度Ｈｔ、そして工具間（パンチ及びダイ間）のクリアランスｃ、の組み合わせを変えた場合について、バリ高さを抑えられる、工具刃先の丸みの曲率半径の最大値Rmaxの傾向を求める実験を行った。
すなわち、高張力鋼や超高張力鋼を被加工材として、同被加工材のビッカース硬度Ｈｗ、工具のビッカース硬度Ｈｔ、そして工具間（パンチ及びダイ間）のクリアランスｃ、の組み合わせを複数設定した上で、それぞれのケースについて、連続穴空け加工を上限２万ショットとして行った。そして、各設定条件の下、バリ高さを０．２ｍｍ以下に抑えられた工具刃先の丸みの曲率半径の最大値を、前記Rmaxとして求めた。その結果を下表３に示す。

そして、上表３の実験結果に基づき、前記Rmaxを、硬度比ｘ及び工具間のクリアランスｃの関数である下記（式２）として求めた。
Rmax=(0.9+0.2e^-0.08c)(-9.1856x⁴+25.17x³-24.95x²+11.054x-1.5824) ．．（式２）
ここで、Rmaxの単位は（ｍｍ）であり、硬度比ｘやクリアランスｃ等については、上記（式１）において説明したものと同じである。

以上の実験結果より、７８０ＭＰａ級鋼を含む高張力鋼を被加工材とする場合、発生するバリ高さが許容される程度に軽微であってかつ工具刃先の突発的な欠損を生じないためには、工具刃先の曲率半径を０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍとする必要が有ることがわかった。また、被加工材の対象を超高張力鋼も含むより広い範囲とした場合には、工具刃先の曲率半径を前記Rmin以上前記Rmax以下の範囲内とすることで、発生するバリが許容される程度に軽微であってかつ工具刃先の突発的な欠損を生じないことがわかった。
なお、パンチ及びダイ双方の工具刃先を、一連のせん断加工の開始時に、半径０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、又は前記Rmin以上前記Rmax以下に丸めるための手段としては、ＮＣ加工機による研削等が例示される。

よって、パンチ１１０及びダイ１２０を備え、被加工材１である最大引張強度が７８０ＭＰａ級である多数枚の高張力鋼板に連続してせん断加工を行うことによりせん断加工部品を量産するせん断加工部品の製造装置１００においては、パンチ１１０及びダイ１２０双方の工具刃先１１３，１２３が、一連のせん断加工の開始時に、半径０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍに丸められていることが好ましい。さらには、被加工材１の対象を超高張力鋼も含むより広い範囲とした場合には、工具刃先１１３，１２３の半径が、前記Rmin以上前記Rmax以下の範囲内とすることが好ましい。
上記構成を持つパンチ１１０及びダイ１２０を備える、せん断加工部品の製造装置１００によれば、最大引張強度が７８０ＭＰａ級である高張力鋼板、またはそれ以上の最大引張強度を持つ超高張力鋼を多数枚、連続してせん断加工を行った場合、発生するバリが許容される程度に軽微であってかつ工具刃先１１３，１２３の突発的な欠損を生じることなく、せん断加工部品を量産することが可能になる。

続いて、工具刃先に面取りＣを付ける場合についても検討した。具体的には、被加工材のビッカース硬度Ｈｗ、工具のビッカース硬度Ｈｔ、そして工具間（パンチ及びダイ間）のクリアランスｃのそれぞれをある値に仮定した上で、工具刃先に生じる塑性変形量をシミュレーション計算した。シミュレーション計算の結果は先に説明した図４と同様に、塑性変形量の大きさに応じて色分けした（図４と同様であるので図示略）。
そして、塑性変形量の最大値が許容範囲を超えるものであれば、工具刃先における面取り寸法Ｃ大きくして再計算し、塑性変形量が前記許容範囲内となる条件を満たす面取り寸法Ｃを求めた。そして、求まった面取り寸法Ｃを、上記設定における最小値αminとした。

なお、面取りＣの各寸法の対応関係は図７に示す通りである。図７において、白抜き矢印ａがパンチ１１０の移動方向を示し、符合ｌがパンチ１１０の先端面１１１（第１先端面）の接線を示し、符合１１２が第１後退面である面取りを示し、符合１１４が側面（外側面）を示している。
先端面１１１の接線ｌに対する傾斜角度θとしては４５°を設定している。このθについても別途検討したところ、１０°＜θ＜６０°の範囲内であれば前記αminへの影響が少ないことが確認されている。したがって、変数を減らしてデータを取り扱いやすくするためにθ＝４５°に固定の下、被加工材のビッカース硬度Ｈｗ、工具のビッカース硬度Ｈｔ、そして工具間のクリアランスｃそれぞれの組み合わせを変えながら上記シミュレーション計算を行った。その結果を下表４に示す。

そして、上表４のシミュレーション結果に基づき、前記αminを、硬度比ｘ及び工具間のクリアランスｃの関数である下記（式３）として求めた。

αmin=0.0222e^2.0833x (0.9+0.1e^-0.07c) ．．．（式３）
ここで、ｅは自然対数の底である。
また、ｃ（ｍｍ）は、前記ダイ１２０の内側面１２４と前記パンチ１１０の外側面１１４との間のクリアランスを示す。
また、ｘは、被加工材１のビッカース硬度Ｈｗ（ＭＰａ）を工具のビッカース硬度Ｈｔ（ＭＰａ）で除算した無次元数であるｘ＝Ｈｗ／Ｈｔを示し、なおかつ、前述の理由により０．３≦ｘ＜１．０を満たす値となっている。例えば、穴空け工具の場合、ｘは、パンチ１１０にあってはパンチ１１０のビッカース硬度で被加工材１のビッカース硬度を除算した硬度比であり、ダイ１２０にあってはダイ１２０のビッカース硬度で被加工材１のビッカース硬度を除算した硬度比である。

シミュレーション計算結果に基づいて得た上記式３の妥当性を検証するために、本発明者らは、パンチ１１０およびダイ１２０の双方の刃先を、
（８）鋭角とした場合と、
（９）Ｃ０．０１ｍｍの面取りを付けた場合と、
（１０）Ｃ０．０４ｍｍの面取りを付けた場合と、
（１１）Ｃ０．０５ｍｍの面取りを付けた場合と、
（１２）Ｃ０．５０ｍｍの面取りを付けた場合と、
（１３）Ｃ０．６０ｍｍの面取りを付けた場合と、
（１４）Ｃ１．００ｍｍの面取りを付けた場合と、
のそれぞれについて、直径１０ｍｍの連続穴空け加工を対象として工具耐久試験を行った。

被加工材としては、引張強度が２７０ＭＰａの軟鋼板、５９０ＭＰａ鋼板、７８０ＭＰａ高張力鋼板の３鋼種を用い、パンチ及びダイ間のクリアランスを１５％ｔ（％ｔは、被加工材の板厚に対するクリアランス幅の割合を示す。本例の場合には、被加工材の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に、クリアランスは０．１５×ｔ（ｍｍ）となる）として最大で２万ショットの連続穴空け加工を行った。

図８に、工具刃先が破損するまでのショット数を棒グラフで示す。
図８に示すように、軟鋼板や５９０ＭＰａ鋼板を被加工材とした場合には、いずれの面取り条件であっても工具刃先は破損しなかった。一方、７８０ＭＰａ級鋼張力鋼板を被加工材とした場合には、工具刃先が鋭角のケースとＣ０．０１ｍｍのケースとＣ０．０４ｍｍのケースとにおいて工具破損が生じたのに対し、本発明例であるＣ０．０５ｍｍ〜Ｃ１．００ｍｍのケースでは、工具刃先の破損が生じなかった。

より詳しく言うと、図８に示されるように、面取りがＣ０．０４ｍｍ以下である上記（８）〜（１０）の場合に比べて、面取りをＣ０．０５ｍｍ以上とした上記（１１）〜（１４）の場合において、工具寿命の顕著な延びが確認された。当然ながら、工具刃先の突発的な欠損に起因する過大なバリも発生しなかった。
先に示した上記式３を求めたシミュレーション計算結果においても、面取りをＣ０．０５ｍｍ以上にすることで塑性変形量が抑えられることが確認されている。したがって、上記式３に基づいて、工具刃先に付与する面取り寸法の下限値αminを推定することが有効であることが確認された。

続いて、工具刃先の面取り寸法の上限値αmaxについて検討した。
すなわち、工具刃先の面取り寸法が必要以上に大きすぎると、せん断加工後の被加工材に生じるバリの高さ寸法が許容以上に高くなる傾向にあるので、許容できるバリ高さに対応する面取り寸法に基づいて上限値を定めることとした。具体的には、上記（８）〜（１４）それぞれのケースにおいて、せん断加工を行い、所定のショット数毎にバリ高さを求めた。

図９Ａ〜図９Ｃは、連続穴空け加工により形成した穴部でのバリ高さがショット数に伴って推移する様子を示すグラフである。図９Ａは、軟鋼板を被加工材とした場合のグラフである。図９Ｂは、５９０ＭＰａ鋼板を被加工材とした場合のグラフである。図９Ｃは、７８０ＭＰａ高張力鋼板を被加工材とした場合のグラフである。なお、これら被加工材のうちで本発明が対象とするのは、図９Ｃに示す７８０ＭＰａ高張力鋼板の場合であり、図９Ａ及び図９Ｂは参考として示したものである。

図９Ａ及び図９Ｂのグラフに示すように、軟鋼板や５９０ＭＰａ鋼板を被加工材とした場合は、工具刃先を鋭角やＣ０．０１ｍｍにしたケースを除き、全てのショット数を通じてバリ高さが０．２ｍｍ以上であった。

一方、図９Ｃに示すように、７８０ＭＰａ高張力鋼板を被加工材とした場合には、工具刃先の面取り寸法がＣ０．５０ｍｍ以下においてバリ高さを０．２ｍｍ以下に抑えることが出来たものの、工具刃先の面取りがＣ０．６０ｍｍ以上ではバリ高さが急激に高くなっていることが確認された。
より具体的に言うと、図９Ｃに示すように、面取り寸法がＣ０．６０ｍｍ以上である（１３）〜（１４）の場合ではバリ高さを許容範囲内に抑えられないものの、面取り寸法がＣ０．５０ｍｍ以下である（９）〜（１２）の場合においてはバリ高さを許容範囲内に抑えられることが確認された。

図９Ｃの実験結果を受け、７８０ＭＰａ級鋼以上の高張力鋼や超高張力鋼を被加工材として、同被加工材のビッカース硬度Ｈｗ、工具のビッカース硬度Ｈｔ、そして工具間（パンチ及びダイ間）のクリアランスｃ、の組み合わせを変えた場合について、面取り寸法の最大値αmaxの傾向を求める実験を行った。
すなわち、高張力鋼や超高張力鋼を被加工材として、同被加工材のビッカース硬度Ｈｗ、工具のビッカース硬度Ｈｔ、そして工具間（パンチ及びダイ間）のクリアランスｃ、の組み合わせを複数設定した上で、それぞれのケースについて、連続穴空け加工を上限２万ショットとして行った。そして、各設定条件の下、バリ高さを０．２ｍｍ以下に抑えられた工具刃先の面取り寸法の最大値を、前記αmaxとして求めた。その結果を下表５に示す。

そして、上表５の実験結果に基づき、前記αmaxを、硬度比ｘ及び工具間のクリアランスｃの関数である下記（式４）として求めた。
αmax=(0.9+0.1e^-0.07c)(-0.3274x²+0.9768x-0.1457) ．．．（式４）
ここで、αmaxの単位は（ｍｍ）であり、硬度比ｘやクリアランスｃ等については、上記（式３）において説明したものと同じである。

以上の実験結果より、７８０ＭＰａ級鋼以上の高張力鋼や超高張力鋼を被加工材とする場合には、発生するバリが許容される程度に軽微であってかつ工具刃先の突発的な欠損を生じないための、工具刃先の面取り寸法は、Ｃ０．０５ｍｍ〜Ｃ０．５ｍｍであることが求められた。また、被加工材の対象を超高張力鋼も含むより広い範囲とした場合には、工具刃先の面取り寸法が、前記αmin以上前記αmax以下の範囲内とすることで、発生するバリが許容される程度に軽微であってかつ工具刃先の突発的な欠損を生じないことが求められた。
なお、パンチ及びダイ双方の工具刃先を、一連のせん断加工の開始時に、Ｃ０．０５ｍｍ〜Ｃ０．５ｍｍ、又は前記αmin以上前記αmax以下に面取りするための手段としては、ＮＣ加工機による研削等が例示される。

よって、パンチ１１０及びダイ１２０を備え、被加工材１である最大引張強度が７８０ＭＰａ級である多数枚の高張力鋼板に連続してせん断加工を行うことによりせん断加工部品を量産するせん断加工部品の製造装置１００においては、パンチ１１０及びダイ１２０双方の工具刃先１１３，１２３が、一連のせん断加工の開始時に、Ｃ０．０５ｍｍ〜Ｃ０．５ｍｍに面取りされていることが好ましい。さらには、被加工材１の対象を超高張力鋼も含むより広い範囲とした場合には、工具刃先１１３，１２３の面取り寸法を、前記αmin以上前記αmax以下の範囲内とすることが好ましい。
このせん断加工部品の製造装置によれば、被加工材１である最大引張強度が７８０ＭＰａ級である高張力鋼板、またはそれ以上の最大引張強度を持つ超高張力鋼を多数枚、連続してせん断加工を行うことにより、発生するバリが許容される程度に軽微であってかつ工具刃先の突発的な欠損を生じることなく、せん断加工部品を量産することが可能になる。

以上説明の本実施形態の骨子を以下に纏める。
（Ａ）本実施形態に係るせん断加工部品の製造方法及び製造装置は、パンチ１１０のビッカース硬度及びダイ１２０のビッカース硬度の何れか低い方の０．３倍以上１．０倍未満のビッカース硬度を持つ被加工材１に対して、前記パンチ１１０及び前記ダイ１２０を用いて複数回のせん断加工を行うことにより、複数のせん断加工部品を製造する方法であって、前記ダイ１２０に前記被加工材１を固定する工程と、前記パンチ１１０と前記ダイ１２０とを相対的に接近させて前記被加工材１の打ち抜き加工を行う工程と、を含む前記せん断加工を複数回行い、これら一連のせん断加工の開始時に、前記被加工材１に対向する第１先端面１１１と、前記ダイ１２０への接近方向を基準として前記第１先端面１１１より後退した第１後退面１１２を含む第１刃先１１３と、を備える前記パンチ１１０と；前記被加工材１に対向する第２先端面１２１と、前記パンチ１１０への接近方向を基準として前記第２先端面１２１より後退した第２後退面１２２を含む第２刃先１２３と、を備える前記ダイ１２０と；を用いて前記せん断加工を行う。

（Ｂ）上記（Ａ）において、前記第１先端面１１１に垂直な断面で見た場合の前記第１後退面１１２が、下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、又は、前記第１先端面１１１の接線ｌに対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りであり；前記第２先端面１２１に垂直な断面で見た場合の前記第２後退面１２２が、下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、又は、前記第２先端面１２１の接線に対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りである；ようにしてもよい。
Rmin=(0.9+0.2e^-0.08c)(0.3571x²-0.2595x+0.0965) ．．．（式１）
Rmax=(0.9+0.2e^-0.08c)(-9.1856x⁴+25.17x³-24.95x²+11.054x-1.5824) ．．．（式２）
αmin=0.0222e^2.0833x (0.9+0.1e^-0.07c) ．．．（式３）
αmax=(0.9+0.1e^-0.07c)(-0.3274x²+0.9768x-0.1457) ．．．（式４）
ここで、ｅは自然対数の底であり、ｃ（ｍｍ）は、前記ダイ１２０の内側面と前記パンチ１１０の外側面との間のクリアランスを示し、ｘは、前記パンチ１１０にあっては前記パンチ１１０のビッカース硬度で前記被加工材１のビッカース硬度を除算した硬度比であり、前記ダイ１３０にあっては前記ダイ１３０のビッカース硬度で前記被加工材１のビッカース硬度を除算した硬度比であって、なおかつ、０．３≦ｘ＜１．０を満たす。

（Ｃ）上記（Ｂ）の場合、前記第１後退面１１２及び前記第２後退面１２２の何れか一方もしくは両方が、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の曲率を持つ曲面であり；前記第１後退面１１２及び前記第２後退面１２２の何れか一方もしくは両方が、Ｃ０．０５ｍｍ以上Ｃ０．５ｍｍ以下の面取りである；ようにしてもよい。

そして、上記（Ａ）〜（Ｃ）の方法によれば、ビッカース硬度が工具のビッカース硬度の０．３倍以上となる高張力鋼や超高張力鋼からなる被加工材１であっても、突発的な刃先の欠損を生じることなく低コストでせん断加工部品を製造することが可能となる。

なお、以下に説明するように、工具刃先に丸みを付ける場合と面取りを付ける場合の何れにおいても、せん断加工前の被加工材１の表面に、表面脱炭処理、メッキ処理、及び個体潤滑処理の何れか一つが施されていることが好ましい。
本発明者らは、表面処理が異なる鋼板においても調査を行った。その実験結果を図１０に示す。図１０は、工具刃先に曲率半径０．０５ｍｍの丸みを設けた工具を用いて被加工材に連続穴空け加工を行った際の、被加工材におけるバリ高さの推移をショット数毎に示したグラフである。そして、被加工材として、溶融亜鉛メッキを施した被加工材を用いた場合と、無処理の被加工材を用いた場合とを比較している。この比較結果より明らかなように、被加工材に溶融亜鉛メッキを施した場合は無処理の場合に比べてバリ高さを半減できることが確認された。被加工材に溶融亜鉛メッキを施した場合、工具刃先に加わる衝撃力を溶融亜鉛メッキ層が緩和し、その結果、工具刃先の摩耗（丸みの曲率の大径化）を押えることができるので、バリ高さの増加を抑えられていると考えられた。
以上に示したように、例えば被加工材の表面に溶融亜鉛メッキを施していれば、無処理の場合に比べてさらにバリ高さを抑えられるとの結果が得られた。なお、表面処理としては溶融亜鉛メッキのみに限定されるものではない。

また、工具刃先に丸みを付ける場合と面取りを付ける場合の何れにおいても、パンチ及びダイのいずれにおいても、工具刃先の全部を丸めたり、あるいは面取りする必要はなく、突発的な欠損が生じるおそれがある部分が経験等により事前に判明している場合には、このような部分の刃先だけを丸めたり、あるいは面取りするようにしてもよい。

さらに、工具側面に比較して相対的にその他の部位の摩擦係数を高めることにより、被加工材をせん断加工する際の、前記その他の部位に当接する材料の塑性流動をいっそう抑制することができ、これにより、バリ高さをさらに低減することができる。

図１１は、本実施形態に係るせん断加工部品の製造装置における、パンチ１１０及びダイ１２０それぞれの工具刃先を拡大して示した断面図である。
工具側面以外の部位の摩擦係数を相対的に高める手段としては、例えば、工具の磨きを、パンチ１１０及びダイ１２０それぞれの外側面１１４，貫通孔１２４（以下、内側面１２４とも言う）のみとすること（以下、「磨き分け」という）が例示される。磨き分けを用いた場合、例えば、外側面１１４，内側面１２４を除く部位１１９，１２９の摩擦係数を０．２程度、外側面１１４，内側面１２４の摩擦係数を０．１程度とすることができる。その結果、バリ高さをさらに低減することができる。

外側面１１４，内側面１２４以外の部位１１９，１２９の摩擦係数を相対的に高める他の手段としては、例えば、パンチ１１０およびダイ１２０を予め軟質な工具鋼で製作しておき、パンチ１１０の外側面１１４のみに窒化処理やコーティング処理を行う方法も用いることができる。また、摩擦係数を増加するコーティングや微細な凹凸を設けるような表面処理により、外側面１１４，内側面１２４以外の部位１１９，１２９の摩擦係数を相対的に高めることが可能である。

摩擦係数は、被加工材１となる鋼板に工具を押し付けて摺動させる試験（一般的に、摩擦係数の測定方法として用いられている試験）により測定される。その値は、摺動抵抗を押し付け圧により除算した値として規定される。なお、摺動試験の供試材としては、せん断加工時の摺動を模擬するべく、工具そのもの、または接触部の面積が１．０ｍｍ^２以上となるように工具の一部を切り出して使用することができる。摺動試験の際の押し付け圧は、５０ＭＰａ〜３００ＭＰａ程度、摺動速度は１０ｍｍ／秒〜４００ｍｍ／秒程度とすることが望ましい。

パンチ１１０及びダイ１２０の材質は、この種の工具鋼として周知慣用の工具鋼を用いることができる。例えば、ＳＫＨ５１のようなハイスやＳＫＤ１１のようなダイス鋼、またはＶ４０程度の超鋼等を用いることが望ましい。

本発明の後退面や磨き分けの効果を検証するべく、直径１０ｍｍの穴空け加工を対象として工具耐久試験を行った。被加工材としては、７８０ＭＰａ高張力鋼板を用い、パンチ１１０及びダイ１２０間のクリアランスｃを１５％ｔ（％ｔは、被加工材の板厚に対するクリアランス幅の割合を示す。本例の場合には、被加工材の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に、クリアランスは０．１５×ｔ（ｍｍ）となる）の下、最大で２万ショットの連続穴空け加工を行った。

連続穴空け加工に際しては、パンチ１１０およびダイ１２０双方の刃先形状を、鋭角、Ｒ０．５ｍｍ、Ｃ０．５ｍｍの３ケースとし、さらにＲ０．５ｍｍとＣ０．５ｍｍに関しては、工具全面に磨きをかけた条件と、工具側面のみに磨きをかけた条件の２種の工具を準備した。
この際、摺動試験により測定した摩擦係数は、磨きをかけた部位において０．１程度となり、磨きをかけない部分においては０．２５となった。

図１２に、工具が破損するまでのショット数を棒グラフで示す。
図１２に示すように、工具刃先が鋭角である場合には工具破損が生じたが、本発明例であるＲ０．０５ｍｍとＣ０．０５ｍｍの条件では、工具の磨き状態に関わらず工具破損は生じなかった。

図１３に、穴空け加工後の穴部におけるバリ高さのショット数に伴う推移を、グラフとして示す。
図１３に示すように、いずれの工具であってもバリ高さは０．２ｍｍ以下であったが、側面のみに磨きをかける磨き分けを行った工具の場合は、全面を磨いた工具の場合よりも明らかにバリ高さが低くなった。

上記説明の磨き分けにおいては、工具の側面部位とその他の部位とに２分したが、さらに好ましくは、パンチ１１０の、被加工材１に対向する第１先端面１１１、工具刃先１１３を含む第１後退面１１２（丸みを付けたＲ部）、及び外側面１１４のうち、前記第１後退面１１２の摩擦抵抗が最も高い第１条件と；ダイ１２０の、被加工材１に対向する第２先端面１２１、工具刃先１２３を含む第２後退面１２２（丸みを付けたＲ部）、及び内側面１２４のうち、第２後退面１２２の摩擦抵抗が最も高い第２条件と；の少なくとも一方を満たすことが望ましい。
また、上記第１条件と上記第２条件との双方を満たすことがより好ましい。さらに言えば、第１後退面１１２（丸みを付けたＲ部）、続いて第１先端面１１１、さらに続いて外側面１１４、の順に摩擦抵抗が高く；なおかつ、第２後退面１２２（丸みを付けたＲ部）、続いて第２先端面１２１、さらに続いて内側面１２４、の順に摩擦抵抗が高いことが最も好ましい。

上記のような摩擦抵抗差を採用することで、パンチ１２０の第１後退面１１２及びダイ１２０の第２後退面１２２の双方における切れ味を高めることができ、しかも被加工材１でのバリ高さをより低く抑えることが可能となる。この効果を確認するために、工具刃先に丸みを付けた工具について、工具先端面、工具刃先Ｒ部、工具側面、のそれぞれの間で摩擦抵抗差を設けて実験を行った。実験に際しては、パンチ１１０及びダイ１２０間のクリアランスを１５％ｔ（被加工材の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に０．１５×ｔ（ｍｍ）となるクリアランス）として、最大で１万ショットの連続穴空け加工を行った。実験結果を下表６に示す。

上表６の例えば番号１０５に示される通り、摩擦抵抗を大きさ順で並べた場合に、工具刃先Ｒ部、先端面、そして側面の順序となるケースにおいて、バリ高さを０．０４ｍｍに抑えられることが確認された。

上記表６は工具刃先に丸みを付けた場合を示す実験結果であったが、工具刃先に面取りを付けた場合についても同様のことが言える。
すなわち、パンチ１１０の、被加工材１に対向する第１先端面１１１、面取り部を有する第１後退面１１２、及び外側面１１４のうち、前記第１後退面１１２の摩擦抵抗が最も高い第３条件と；ダイ１２０の、被加工材１に対向する第２先端面１２１、面取り部を有する第２後退面１２２、及び内側面１２４のうち、第２後退面１２２の摩擦抵抗が最も高い第４条件と；の少なくとも一方を満たすことが望ましい。
また、上記第３条件と上記第４条件との双方を満たすことがより好ましい。さらに言えば、第１後退面１１２、続いて第１先端面１１１、さらに続いて外側面１１４、の順に摩擦抵抗が高く；なおかつ、第２後退面１２２、続いて第２先端面１２１、さらに続いて内側面１２４、の順に摩擦抵抗が高いことが最も好ましい。

面取りの場合においても、上記のような摩擦抵抗差を採用することで、パンチ１１０の第１後退面１１２及びダイ１２０の第２後退面１２２の双方における切れ味を高めることができ、しかも被加工材１でのバリ高さをより低く抑えることが可能となる。この効果を確認するために、工具刃先を面取りした工具について、工具先端面、工具刃先面取り部、工具側面、のそれぞれの間で摩擦抵抗差を設けて実験を行った。実験に際しては、パンチ１１０及びダイ１２０間のクリアランスを１５％ｔ（被加工材の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に０．１５×ｔ（ｍｍ）となるクリアランス）として、最大で１万ショットの連続穴空け加工を行った。実験結果を下表７に示す。

上表７の例えば番号１２２に示される通り、摩擦抵抗を大きさ順で並べた場合に、面取り部、先端面、そして側面の順序となるケースにおいて、バリ高さを０．０４ｍｍに抑えられることが確認された。

以上説明のように、工具刃先形状として前述の（Ａ）〜（Ｃ）を採用することに加えて、以下の（Ｄ）をさらに採用してもよい。
（Ｄ）上記（Ａ）〜（Ｃ）の何れか一項に記載の態様において、前記パンチ１１０の、前記第１先端面１１１、前記第１後退面１１２、及び外側面１１４のうち、前記第１後退面１１２の摩擦抵抗が最も高い第１条件と、前記ダイ１２０の、前記第２先端面１２１、前記第２後退面１２２、及び内側面１２４のうち、前記第２後退面１２２の摩擦抵抗が最も高い第２条件と、の少なくとも一方を満たす。

さらには、下記（Ｅ）を採用してもよい。この場合、前述の通り、無処理の場合に比べて工具寿命をさらに延ばすことが可能となる。
（Ｅ）上記（Ａ）〜（Ｄ）の何れか一項に記載の態様において、前記被加工材１に、表面脱炭処理、メッキ処理、及び個体潤滑処理の何れか一つを予め施しておく。

なお、パンチ１１０の工具刃先１１３及びダイ１２０の工具刃先１２３の双方に丸みを付与する構成や、パンチ１１０の工具刃先１１３及びダイ１２０の工具刃先１２３の双方に面取りを付与する構成のみに限らず、例えば、パンチ１１０の工具刃先に丸みを設けてダイ１２０の工具刃先に面取りを設けたり、または、パンチ１１０の工具刃先に面取りを設けてダイ１２０の工具刃先に丸みを設けたりしてもよい。

また、パンチ１１０の工具刃先及びダイ１２０の工具刃先の形状としては、前述した形態のみに限らず、例えば図１４及び図１５に例示される変形例も採用可能である。
すなわち、図１４の変形例においては、工具刃先１１３（１２３）に面取りＣが形成されるとともに、この面取りＣと工具先端面１１１（１２１）との間、及び前記面取りＣと工具側面１１４（１２４）との間、の双方に、丸みＲ’が設けられている。よって、工具先端面１１１（１２１）から面取りＣを経て工具側面１１４（１２４）に至るまで角部が無く滑らかに形成されている。なお、上記２つの丸みＲ’の曲率は、互いに同じであっても良いし、または互いに異なってもよい。
また、面取りの幅寸法α’としては、上記（式３）及び（式４）に基づいて、αmin＜α’＜αmaxを満たすことが好ましい。

また、図１４の上記変形例では、面取りＣの両側に丸みＲ’を設けるものとしたが、例えば図１５の変形例に示すように、面取りＣと工具側面１１４（１２４）との間のみに丸みＲ’を設けてもよい。この場合、工具刃先１１３（１２３）に面取りＣが形成されるとともに、この面取りＣと工具先端面１１１（１２１）との間は角Ｅを有するとともに、前記面取りＣと工具側面１１１（１２１）との間に丸みＲ’を設けることが好ましい。
また、面取りの幅寸法α’としては、上記（式３）及び（式４）に基づいて、αmin＜α’＜αmaxを満たすことが好ましい。
さらに言えば、図１５の変形例とは逆に、面取りＣと工具先端面１１１（１２１）との間のみに丸みＲ’を設けてもよい（図示略）。この場合、工具刃先１１３（１２３）に面取りＣが形成されるとともに、この面取りＣと工具先端面１１１（１２１）との間に丸みＲ’を設けるとともに、前記面取りＣと工具側面１１１（１２１）との間には角Ｅを設けることが好ましい。

本発明によれば、ビッカース硬度が工具のビッカース硬度の０．３倍以上となる高張力鋼や超高張力鋼からなる被加工材であっても、突発的な刃先の欠損を生じることなく低コストでせん断加工部品を製造することが可能となる。

１ 被加工材
１１０ パンチ
１１１ 第１先端面
１１２ 第１後退面
１１３ 第１刃先
１２０ ダイ
１２１ 第２先端面
１２２ 第２後退面
１２３ 第２刃先

Claims (9)

1. パンチのビッカース硬度及びダイのビッカース硬度の何れか低い方の０．３倍以上１．０倍未満のビッカース硬度を持つ被加工材に対して、前記パンチ及び前記ダイを用いて複数回のせん断加工を行うことにより、複数のせん断加工部品を製造する方法であって、
   前記ダイに前記被加工材を固定する工程と、
   前記パンチと前記ダイとを相対的に接近させて前記被加工材の打ち抜き加工を行う工程と、
   を含む前記せん断加工を複数回行い、
   これら一連のせん断加工の開始時に、
   前記被加工材に対向する第１先端面と、前記ダイへの接近方向を基準として前記第１先端面より後退した第１後退面を含む第１刃先と、を備える前記パンチと；
   前記被加工材に対向する第２先端面と、前記パンチへの接近方向を基準として前記第２先端面より後退した第２後退面を含む第２刃先と、を備える前記ダイと；
   を用いて前記せん断加工を行い、
   前記第１先端面に垂直な断面で見た場合の前記第１後退面が、
   下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、
   又は、前記第１先端面の接線に対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りであり；
   前記第２先端面に垂直な断面で見た場合の前記第２後退面が、
   下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、
   又は、前記第２先端面の接線に対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りである；
   ことを特徴とするせん断加工部品の製造方法。
   Rmin=(0.9+0.2e ^-0.08c )(0.3571x ² -0.2595x+0.0965) ．．．（式１）
   Rmax=(0.9+0.2e ^-0.08c )(-9.1856x ⁴ +25.17x ³ -24.95x ² +11.054x-1.5824) ．．．（式２）
   αmin=0.0222e ^2.0833x (0.9+0.1e ^-0.07c ) ．．．（式３）
   αmax=(0.9+0.1e ^-0.07c )(-0.3274x ² +0.9768x-0.1457) ．．．（式４）
   ここで、
   ｅは自然対数の底であり、
   ｃ（ｍｍ）は、前記ダイの内側面と前記パンチの外側面との間のクリアランスを示し、
   ｘは、前記パンチにあっては前記パンチのビッカース硬度で前記被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比であり、前記ダイにあっては前記ダイのビッカース硬度で前記被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比であって、なおかつ、０．３≦ｘ＜１．０を満たす。
2. 前記第１後退面及び前記第２後退面の何れか一方もしくは両方が、
   ０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の曲率を持つ曲面、または、
   Ｃ０．０５ｍｍ以上Ｃ０．５ｍｍ以下の面取りである
   ことを特徴とする請求項１に記載のせん断加工部品の製造方法。
3. 前記第１先端面と面取りとの間と前記面取りと外側面との間の少なくともいずれか一方に丸みが形成されたパンチと、
   前記第２先端面と面取りとの間と前記面取りと内側面との間の少なくともいずれか一方に丸みが形成されたダイと、
   の少なくともいずれか一方を用いることを特徴とする請求項１に記載のせん断加工部品の製造方法。
4. 前記パンチの、前記第１先端面、前記第１後退面、及び外側面のうち、前記第１後退面の摩擦抵抗が最も高い第１条件と、
   前記ダイの、前記第２先端面、前記第２後退面、及び内側面のうち、前記第２後退面の摩擦抵抗が最も高い第２条件と、
   の少なくとも一方を満たすことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のせん断加工部品の製造方法。
5. 前記被加工材に、表面脱炭処理、メッキ処理、及び個体潤滑処理の何れか一つが施されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のせん断加工部品の製造方法。
6. パンチのビッカース硬度及びダイのビッカース硬度の何れか低い方の０．３倍以上１．０倍未満のビッカース硬度を持つ被加工材に対して、複数回のせん断加工を行うことにより、複数のせん断加工部品を製造する装置であって、
   前記被加工材を固定するダイと、
   前記ダイに対して相対的に接近させて前記被加工材を打ち抜くパンチと、
   を備え、
   前記パンチが、前記被加工材に対向する第１先端面と、前記ダイへの接近方向を基準として前記第１先端面より後退した第１後退面を含む第１刃先とを備え、
   前記ダイが、前記被加工材に対向する第２先端面と、前記パンチへの接近方向を基準として前記第２先端面より後退した第２後退面を含む第２刃先とを備え、
   前記第１先端面に垂直な断面で見た場合の前記第１後退面が、
   下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、
   又は、前記第１先端面の接線に対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りであり；
   前記第２先端面に垂直な断面で見た場合の前記第２後退面が、
   下式１で規定されるRmin（ｍｍ）以上かつ下式２で規定されるRmax（ｍｍ）以下の曲率を持つ曲面、
   又は、前記第２先端面の接線に対して４５°の傾斜角度と下式３で規定されるαmin（ｍｍ）以上かつ下式４で規定されるαmax（ｍｍ）以下の幅寸法とを有する面取りである；
   ことを特徴とするせん断加工部品の製造装置。
   Rmin=(0.9+0.2e ^-0.08c )(0.3571x ² -0.2595x+0.0965) ．．．（式１）
   Rmax=(0.9+0.2e ^-0.08c )(-9.1856x ⁴ +25.17x ³ -24.95x ² +11.054x-1.5824) ．．．（式２）
   αmin=0.0222e ^2.0833x (0.9+0.1e ^-0.07c ) ．．．（式３）
   αmax=(0.9+0.1e ^-0.07c )(-0.3274x ² +0.9768x-0.1457) ．．．（式４）
   ここで、
   ｅは自然対数の底であり、
   ｃ（ｍｍ）は、前記ダイの内側面と前記パンチの外側面との間のクリアランスを示し、
   ｘは、前記パンチにあっては前記パンチのビッカース硬度で前記被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比であり、前記ダイにあっては前記ダイのビッカース硬度で前記被加工材のビッカース硬度を除算した硬度比であって、なおかつ、０．３≦ｘ＜１．０を満たす。
7. 前記第１後退面及び前記第２後退面の何れか一方もしくは両方が、
   ０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の曲率を持つ曲面、または、
   Ｃ０．０５ｍｍ以上Ｃ０．５ｍｍ以下の面取りである
   ことを特徴とする請求項６に記載のせん断加工部品の製造装置。
8. 前記第１先端面と面取りとの間と前記面取りと外側面との間の少なくともいずれか一方に丸みが形成されたパンチと、
   前記第２先端面と面取りとの間と前記面取りと内側面との間の少なくともいずれか一方に丸みが形成されたダイと、
   の少なくともいずれか一方を備えていることを特徴とする請求項６に記載のせん断加工部品の製造装置。
9. 前記パンチの、前記第１先端面、前記第１後退面、及び外側面のうち、前記第１後退面の摩擦抵抗が最も高い第１条件と、
   前記ダイの、前記第２先端面、前記第２後退面、及び内側面のうち、前記第２後退面の摩擦抵抗が最も高い第２条件と、
   の少なくとも一方を満たすことを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載のせん断加工部品の製造装置。

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