JP6318036B2

JP6318036B2 - パンチ金型

Info

Publication number: JP6318036B2
Application number: JP2014149831A
Authority: JP
Inventors: 英俊金; 仲井　宏; 宏仲井; 史郎林
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: JP2016022520A

Description

本発明は、レーザ切断加工された板状のワークにおける切断縁の残留応力を低減するために使用するパンチ金型に係り、さらに詳細には、パンチプレスにおけるストライカー（ラム）によってパンチ金型を押圧下降して、ワークの切断縁付近を加圧するとき、前記ストライカーのストローク制御によって前記切断縁付近を、残留応力を低減するに適正な加圧力でもって容易に加圧することのできるパンチ金型に関する。

板状のワークをレーザ切断加工によって切断すると、切断縁付近は急熱、急冷により残留応力が発生する。したがって、レーザ切断加工によってワークを矩形状に切断し、このワークの長手方向に平行な折曲げ線に沿ってワークをＶ形状に折曲げ加工すると、前記残留応力の影響によってワークに舟反りや鞍反りを生じるものである（特許文献１参照）。

特開２０１２−１５７９０２号公報

前記特許文献１には、ＳＰＣＣ．ｔ＝１．２ｍｍのレーザ切断を行ったところ、切断面に近接した位置の残留応力は＋方向（引張応力）であり、残留応力が−方向（圧縮方向）に変化する領域があることが記載されている。そして、特許文献１の図７及びその対応本文には、ワークの切断面における残留応力が大きく、切断面から離れるに従って次第に残留応力が小さくなることが記載されている。また、残留応力部分を、ワイヤカット放電加工によって０．５ｍｍ除去した場合、折曲げ加工後のワークの反りを有効に抑制することが記載されている。

さらに、特許文献１の図１０及びその対応本文には、残留応力を低減する方法として、ワークの切断面に近接した位置に低出力のレーザ光を照射して加熱することや、プレスに備えたパンチ，ダイによって加圧することや、一対の押圧ローラによって加圧することが記載されている。

なお、レーザ切断を行ったワークの切断面付近を加圧して残留応力を低減するには、弾性域の最大の応力である上降伏点の応力以上に加圧して塑性変形を生じさせることが望ましい。しかし、残留応力の数１０％を低減する場合には、上降伏点以下であって、上降伏点に近い応力でもよいものである。すなわち、残留応力を低減するには、必ずしも上降伏点の応力以上に加圧する必要はない。

ところで、引用文献１における図７を見ると、切断面に近接した位置の残留応力は＋方向（引張応力）であり、切断面から約２ｍｍ離れた内側では残留応力は零である。したがって、切断面から２ｍｍの範囲を、上降伏点の応力以上に、又は上降伏点に近い応力で加圧することにより、残留応力を除去又は低減できるものである。そこで、ＳＰＣ．ｔ＝１．２ｍ、ＡＬ．ｔ＝１．２ｍｍ及びＳＵＳ．ｔ＝１．２ｍｍのワークのレーザ切断を行い、そして、押圧面（加圧面）の幅が２ｍｍのプレスブレーキ用上型を作成し、各ワークの切断面から２ｍｍ幅の範囲を加圧して、残留応力を除去するに必要な加圧力を実験的に求めた。

前記ワークにおいて、ＳＰＣ．ＡＬの場合は１ｍの長さ当り約４５トンの加圧荷重でもって残留応力がほぼ除去されていることが確認された。そして、１ｍの長さ当りの加圧荷重が約４５トン以上になると、新たに圧縮応力が付加されることが確認された。すなわち、ＳＰＣ．ＡＬ．ｔ＝１．２ｍｍの場合、押圧面の幅が２ｍｍの金型を用いて切断面から２ｍｍ幅の範囲を加圧して残留応力を除去又は低減するには、１ｍの長さ当り約４５トンの加圧荷重が適正な値であることが分かった。同様にして、ＳＵＳ．ｔ＝１．２ｍｍの場合における適正な加圧荷重（２ｍｍ×１０００ｍｍの面積においての加圧荷重）は、約７０トンであることが分かった。すなわち、ワークのレーザ切断加工を行い、切断縁付近における残留応力を除去又は低減するときの加圧荷重は、ワークの材質、板厚によって適正な加圧荷重が有ることが分かる。

ところで、パンチプレスには、レーザ加工機とパンチプレスとを複合化したレーザ・パンチ複合加工機がある。したがって、レーザ切断加工によってワークを矩形状に切断するとき、ワイヤジョイントによってワークと製品とを接続した状態にレーザ切断加工を行うことができる。この場合、レーザ・パンチ複合加工機に備えたパンチ金型によって、前記製品の切断縁付近を加圧（打圧）して、レーザ切断加工時の残留応力を除去、又は低減することが可能である。

そこで、パンチプレスにおけるパンチ金型でもって前記残留応力の除去、又は低減を図ろうとする場合、ワークの材質、板厚によって加圧荷重を適正な加圧荷重に調整又は制御するには、例えば皿バネやコイルスプリングなどの適宜の弾性部材を用いて、圧縮（縮小）量を制御して、前記加圧荷重を制御することが考えられる。ところで、パンチプレスにおいて上下動自在なストライカー（ラム）のストローク長は約４０ｍｍ以下であり、このストローク長には、ストライカーが上昇位置から下降してパンチ金型に当接するまでのストロークと、上昇した状態にあるパンチ金型がワークに当接するまで下降するためのストロークと、パンチ金型がワークに当接した後に、ワークを打抜くために、パンチ金型におけるパンチ刃部を下降するためのストロークと、の３工程のストロークが含まれるものである。

したがって、パンチ金型に備えた前記弾性部材を圧縮するためのストローク長は、ワークを打抜くためのストロークに相当し、極めて短いものである。この短い（小さい）ストローク長において前記弾性部材を圧縮したときに、残留応力を除去又は低減するに充分な加圧荷重を得るには、前記弾性部材のバネ定数が大きい必要がある。換言すれば、バネ定数が小さい場合には、必要な加圧荷重を得るために前記弾性部材を圧縮するストローク長が不足することになる。上述のように、弾性部材のバネ定数を大きくするには、パンチ金型に一般的に使用されている皿バネや、コイルスプリング等を大きくする必要があり、パンチ金型の全体的構成が大きくなり易い、という問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ切断加工によって切断された板状のワークにおける残留応力を低減するためのパンチ金型であって、パンチプレスにおける上型ホルダに上下動自在に支持される筒状のパンチボディの上部にパンチドライバを上下動自在に備えると共に、上記パンチドライバの上部に備えたパンチヘッドと前記パンチボディとの間に第１の弾性部材を備え、ワークの切断縁付近を加圧する直線状の加圧部を前記パンチボディの下面に備え、前記パンチドライバと前記パンチボディの内部底面との間に第２の弾性部材を備え、前記第１，第２の弾性部材の圧縮長を同時に同一圧縮長でもって制御して前記加圧部に生じる加圧力を、残留応力低減に適正な加圧力に制御するために、前記第１，第２の弾性部材の長手方向の両端は、非圧縮状態において加圧作用部材に接触してあることを特徴とするものである。

また、レーザ切断加工によって切断された板状のワークにおける残留応力を低減するためのパンチ金型であって、パンチプレスにおける上型ホルダに上下動自在に支持される筒状のパンチボディの上部にパンチドライバを上下動自在に備えると共に、上記パンチドライバの上部に備えたパンチヘッドと前記パンチボディとの間に第１の弾性部材を備え、ワークの切断縁付近を加圧する直線状の加圧部を前記パンチボディの下面に備え、前記パンチドライバと前記パンチボディの内部底面との間に第２の弾性部材を備え、前記第１，第２の弾性部材の圧縮長を同時に同一圧縮長でもって制御して前記加圧部に生じる加圧力を、残留応力低減に適正な加圧力に制御するために、前記第１，第２の弾性部材の少なくとも一方は予め所定圧縮長でもって圧縮してあることを特徴とするものである。

本発明によれば、ワークの切断縁付近を加圧する直線状の加圧部を下面に備えたパンチボディと、このパンチボディに上下動自在に備えたパンチドライバの上部に備えたパンチヘッドとの間には第１の弾性部材が備えられており、前記パンチボディの内部底面と前記パンチドライバとの間に第２の弾性部材を備えている。そして、レーザ切断加工によって切断された板状のワークにおける切断縁付近の残留応力を除去又は低減すべく、前記加圧部による加圧力を適正の加圧荷重に制御するために、前記第１，第２の弾性部材の圧縮長を常に等しくなるように構成してある。

したがって、第１，第２の弾性部材を圧縮して適正の加圧荷重を得ることができる。よって、ワークの材質、板厚に対応して常に適正加圧荷重でもってワークの切断縁付近を加圧して、残留応力の除去又は低減することができるものである。

本発明の実施形態に係るパンチ金型の構成を示す断面説明図である。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係るパンチ金型１は、パンチプレス（図示省略）における上型ホルダ３にリフタースプリング５を介して上下動自在に装着して使用されるものである。このパンチ金型１は、パンチプレスにおける下型ホルダ７に備えられた下型９上のワークＷのレーザ切断加工された切断縁付近を加圧して、レーザ切断加工に起因する残留応力を除去又は低減するために使用されるものである。

より詳細には、前記パンチ金型１は、前記リフタースプリング５を介して前記上型ホルダ３に上下動自在に支持された円筒状のパンチボディ１１を備えている。上記パンチボディ１１の上部には、下端部をパンチボディ１１内に上下動自在に嵌入したパンチドライバ１３が備えられている。このパンチドライバ１３の上部に備えたパンチヘッド１５と前記パンチボディ１１の上面との間には、皿バネなどのごとき第１の弾性部材１７が備えられている。

前記パンチボディ１１の内部であって前記パンチドライバ１３の下面には、ボルトなどのごとき固定具１９によってスプリング座２１が取付けてある。そして、このスプリング座２１と前記パンチボディ１１の内部底面との間には、前記パンチドライバ１３とほぼ同径のコイルバネの第２の弾性部材２３が備えられている。より詳細には、前記パンチボディ１１の下部には、ワークＷの切断縁付近を加圧する直線状の加圧部２５を突出して備えた円形状の底部材２７がボルト等のごとき固定具（図示省略）によって一体的に固定してあり、この底部材２７と前記スプリング座２１との間に前記第２の弾性部材２３が備えられている。なお、底部材２７はパンチボディ１１と一体であってもよいものであり、底部材２７はパンチボディ１１の底部を構成するものである。

前記加圧部２５は、前記底部材２７の下面の中央部に径方向に直線状に形成してある。この加圧部２５の幅（図１において紙面に垂直な方向の幅）は、レーザ切断加工によって切断されたワークＷにおける切断面から２ｍｍ幅の範囲を加圧して残留応力を除去又は低減できるように、２ｍｍ幅に設定してある。そして、前記加圧部２５の長さは、前記第２の弾性部材２３の直径にほぼ等しい寸法であって、前記第２の弾性部材２３によって押圧される部分に対応して備えられている。

前記スプリング座２１には上下方向のキー溝２９が形成してあり、このキー溝２９には、パンチボディ１１に備えたキー３１が相対的に上下動自在に係合してある。したがって、前記スプリング座２１は軸心回りの回動を規制されているものである。

前記構成において、前記第１の弾性部材１７の両端側は、第１の弾性部材１７を圧縮する加圧作用部材としての前記パンチヘッド１５の下面及び前記パンチボディ１１の上面に接触してある。同様に、第２の弾性部材２３の両端側は、前記スプリング座２１及び底部材２７に接触してある。前記第１の弾性部材１７は、非圧縮状態、すなわち自然長の状態でもって前記パンチヘッド１５及びパンチボディ１１に接触してあってもよい。また、第１の弾性部材１７は、予め所定圧縮長に圧縮した状態でもって弾装してあってもよいものである。また、第２の弾性部材２３は、第１の弾性部材１７と同様に、自然長であっても、予め所定圧縮長に圧縮してあってもよいものである。

すなわち、パンチプレスにおけるストライカーＳＴによってパンチヘッド１５が下降され、前記第１の弾性部材１７が圧縮されると同時に第２の弾性部材２３が圧縮される構成であり、かつ第１，第２の弾性部材１７，２３の圧縮量（圧縮長）は常に等しいものである。なお、前記第１，第２の弾性部材１７，２３におけるバネ定数は同一であっても、異なっていてもよいものである。

以上のごとき構成において、レーザ切断加工によって切断された板状のワークＷにおける切断縁付近の残留応力を除去又は低減するために、ワークＷの切断縁を下型９上に載置し、パンチ金型１における加圧部２５に対応した位置に位置決めする。そして、パンチプレスにおけるストライカーＳＴを上昇位置から下降すると、リフタースプリング５によって上昇された状態にあるパンチ金型１におけるパンチヘッド１５に当接する。そして、リフタースプリング５に抗してパンチ金型１を下降すると、パンチ金型１に備えた加圧部２５がワークＷの切断縁の上面に当接する。

上述のように、加圧部２５がワークＷにおける切断縁の上面に当接した後に、ストライカーＳＴをさらに下降すると、第１，第２の弾性部材１７，２３が同時に同量だけ圧縮されることになる。したがって、前記加圧部２５は、第１，第２の弾性部材１７，２３が圧縮された圧縮量に比例した加圧力（加圧荷重と同義）でもってワークＷの切断縁を加圧することになる。したがって、パンチ金型１における前記加圧部２５がワークＷの上面に当接してからのストライカーＳＴの下降位置を制御することにより、ワークＷに対する前記加圧部２５の加圧力を制御できるものである。換言すれば、ワークＷの材質、板厚に対応して、ワークＷの切断縁付近を押圧する加圧力を、レーザ切断加工に起因する残留応力を除去又は低減するのに適正な加圧力に調節又は制御することができるものである。

この際、第１，第２の弾性部材１７，２３の圧縮量は常に等しいものであるから、前記加圧部２５がワークＷにおける切断縁の上面に当接した位置からの、ストライカーＳＴの下降位置を制御することにより、前記切断縁へ付与する加圧荷重を、残留応力を低減又は除去する適正な加圧力（加圧荷重）に制御することができるものである。

既に理解されるように、下面に直線状の加圧部２５を備えたパンチボディ１１内に、パンチボディ１１に上下動自在に下部を嵌入したパンチドライバ１３の直径にほぼ等しい径の第２の弾性部材２３を内装した構成である。すなわち、第２の弾性部材２３の径を、パンチボディ１１における内径より僅かに小さな径にすることができる。換言すれば、パンチドライバ１３の径を小さくした場合には、第２の弾性部材２３の径をパンチドライバ１３の径よりも大きくすることが可能である。すなわち、第２の弾性部材２３のバネ定数を大きくすることが可能である。したがって、全体のバネ定数を大きくすることができるものである。なお、バネ定数を大きくする構成としては、パンチボディ１１の内部に、複数の小径のコイルスプリングを並列に配置する構成とすることも可能である。

以上のごとき説明から理解されるように、本発明の実施形態に係るパンチ金型１は、加圧部２５がワークＷの表面に接触した後、ストライカーＳＴによってパンチヘッド１５が下降されると、同時に同一量だけ圧縮される複数の弾性部材１７，２３を備えた構成である。したがって、前記第１，第２の弾性部材１７，２３の反発力に起因して、加圧部２５でもってワークＷを押圧（加圧）する加圧力は、第１，第２の弾性部材１７，２３を僅かに圧縮した場合であっても大きくすることができ、ワークＷの材質、板厚に対応して適正の加圧力に制御できるものである。よって、パンチプレスにおけるストライカーＳＴのストロークが短い場合であっても、ワークＷを加圧する加圧力（加圧荷重）の制御を容易に行い得るものである。

１パンチ金型
３上型ホルダ
１１パンチボディ
１３パンチドライバ
１５パンチヘッド
１７第１の弾性部材（皿バネ）
２３第２の弾性部材
２５加圧部
２７底部材

Claims

レーザ切断加工によって切断された板状のワークにおける残留応力を低減するためのパンチ金型であって、パンチプレスにおける上型ホルダに上下動自在に支持される筒状のパンチボディの上部にパンチドライバを上下動自在に備えると共に、上記パンチドライバの上部に備えたパンチヘッドと前記パンチボディとの間に第１の弾性部材を備え、ワークの切断縁付近を加圧する直線状の加圧部を前記パンチボディの下面に備え、前記パンチドライバと前記パンチボディの内部底面との間に第２の弾性部材を備え、前記第１，第２の弾性部材の圧縮長を同時に同一圧縮長でもって制御して前記加圧部に生じる加圧力を、残留応力低減に適正な加圧力に制御するために、前記第１，第２の弾性部材の長手方向の両端は、非圧縮状態において加圧作用部材に接触してあることを特徴とするパンチ金型。
レーザ切断加工によって切断された板状のワークにおける残留応力を低減するためのパンチ金型であって、パンチプレスにおける上型ホルダに上下動自在に支持される筒状のパンチボディの上部にパンチドライバを上下動自在に備えると共に、上記パンチドライバの上部に備えたパンチヘッドと前記パンチボディとの間に第１の弾性部材を備え、ワークの切断縁付近を加圧する直線状の加圧部を前記パンチボディの下面に備え、前記パンチドライバと前記パンチボディの内部底面との間に第２の弾性部材を備え、前記第１，第２の弾性部材の圧縮長を同時に同一圧縮長でもって制御して前記加圧部に生じる加圧力を、残留応力低減に適正な加圧力に制御するために、前記第１，第２の弾性部材の少なくとも一方は予め所定圧縮長でもって圧縮してあることを特徴とするパンチ金型。