JP6458655B2 - 穴抜きパンチの刃先の観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、被加工材の穴抜き加工に用いられる穴抜きパンチの刃先を観察するのに好適な穴抜きパンチの刃先の観察方法に関する。

自動車、家電製品、建築構造物、船舶、建設機械、各種プラント等に用いられる金属板に穴を形成する方法として、穴抜きパンチ及びダイを用いた穴抜き加工が知られている。図１は、穴抜き加工に用いられる穴抜き装置の概略構成を示す模式図である。穴抜きパンチ１がダイ３に向かって下動することにより、ダイ３にセットされた被加工材２に穴抜き加工が施される。

穴抜き加工においては、穴抜きパンチ１の寿命が加工コストを定める重要な因子となる。穴抜きパンチ１は、その先端の刃先が欠損することにより寿命を迎える。穴抜きパンチ１の刃先の欠損を防ぐためには、パンチ素材を工夫する他、被加工材２が高強度であれば刃先に面取りや丸みを加工することもある。しかしながら、これらの条件の設定は、加工者の経験によるところが大きい。一旦見込みで穴抜きパンチ１を作成した後に、刃先の欠損や被加工材２の品質を評価し、満足のいかない評価結果であれば、刃先を再加工するか、穴抜きパンチ１を再び作成する必要があり、この工程にかかるコストは非常に大きいものとなる。

このような背景の下、非特許文献１に記載されているように、直径１０ｍｍ程度の小型のパンチを用いた模擬試験が実施されている。ここでは、特定のショット数毎にパンチの刃先を観察し、刃先の損傷度合いが評価される。
また、特許文献１に記載されているように、プレス加工される材料を支承する金型の一部に歪みセンサ装置を取り付け、この歪みセンサ装置からの検出信号を入力し、その検出信号からプレス装置の異常を検知することが提案されている。

特開平１１−２１８４５１号公報

電気製鋼／大同特殊鋼技報，第８５巻１号（２０１４年），ｐｐ．３９−４６

しかしながら、非特許文献１や特許文献１に記載の手法では、穴抜きパンチの刃先が欠損に至るまでの過程を把握して評価することができない。
非特許文献１に記載の手法は、穴抜き後に刃先を観察するものであり、特許文献１に記載の手法では、そもそも刃先の観察が実施されない。穴抜きパンチの刃先が延性的に欠損する場合は、刃先の塑性変形を抑制するためにパンチ素材の硬度を増す必要があるし、刃先が脆性的に欠損する場合は、靭性を増すために逆にパンチ素材の硬さを下げる必要がある。このように刃先が欠損に至る過程を把握して評価することは、穴抜きパンチを設計する上で重要である。

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、穴抜きパンチの刃先が欠損に至る過程を把握して評価できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明の要旨とするところは、以下の通りである。
［１］ 被加工材の穴抜き加工に用いられる穴抜きパンチの刃先を観察する穴抜きパンチの刃先の観察方法であって、
前記穴抜きパンチの前記刃先を含む先端部が分離式となっており、前記被加工材の半抜き時に前記先端部と前記被加工材とが接着されて、前記穴抜きパンチの引き抜き時に前記先端部が分離して前記被加工材に埋設された状態で残るようにし、
一体となった前記先端部と前記被加工材とから、前記刃先を含む断面を切り出して、前記刃先を観察することを特徴とする穴抜きパンチの刃先の観察方法。
［２］ 前記被加工材の半抜き前に、前記被加工材の表面の前記穴抜きパンチとの接触部に接着剤を塗布しておくことを特徴とする［１］に記載の穴抜きパンチの刃先の観察方法。
［３］ 前記刃先を前記被加工材の表面に対して傾けて食い込ませることを特徴とする［１］又は［２］に記載の穴抜きパンチの刃先の観察方法。
［４］ 前記先端部の埋設量をパラメータとして関連付けて、前記刃先を観察した結果を評価することを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか一に記載の穴抜きパンチの刃先の観察方法。

本発明によれば、穴抜きパンチの先端部が被加工材に埋設された状態で残るようにし、刃先を含む断面を切り出して、刃先を観察するようにしたので、穴抜きパンチの刃先が欠損に至る過程を把握して評価することができる。

穴抜き装置の概略構成を示す模式図である。 実施形態に係る穴抜きパンチの刃先の観察方法の各工程を示す模式図である。 他の実施形態に係る穴抜きパンチの刃先の観察方法の各工程を示す模式図である。 穴抜きパンチと被加工材とのなす角度が大きすぎるため、刃先が押し潰される状態を模式的に示す図である。 実施例１及び実施例２で用いた穴抜きパンチの先端部を示す図である。 実施例１における刃先の観察結果を示す写真の図である。 実施例２における刃先の観察結果を示す写真の図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図２は、実施形態に係る穴抜きパンチの刃先の観察方法の各工程を示す模式図である。本実施形態では、穴抜きパンチ１及びダイ３を用いて、被加工材２に穴を形成する穴抜き加工を施す穴抜き装置において、穴抜きパンチ１の刃先が欠損に至るまでの過程を把握して評価できるようにする。

図２に示すように、穴抜きパンチ１の刃先を含む先端部７が分離式となっている。例えば先端部７を手で引き抜ける程度の嵌め合い式とする。
そして、図２（ｂ）に示すように、被加工材２の半抜き時に先端部７と被加工材２とが接着されて、図２（ｃ）に示すように、穴抜きパンチ１の引き抜き時に先端部７が分離して被加工材２に埋設された状態で残るようにする。

穴抜きパンチ１が食い込んだ状態のままでは被加工材２を金型から取り出すことが困難となるため、図２に示すように、穴抜きパンチ１の刃先を含む先端部７を分離式とするものである。これにより、先端部７が被加工材２に埋設された状態で残るようにすることができ、先端部７と一体になった状態の被加工材２を金型から容易に取り外すことができる。

ここで、先端部７を被加工材２に接着しなくとも、先端部７が被加工材２に食い込んだまま残ることもある。しかしながら、このようなケースは稀であり、必ずしも毎回食い込んだまま残るとはいえないため、先端部７と被加工材２との接着は必須となる。
先端部７と被加工材２との接着方法としては、図２（ａ）に示すように、被加工材２の半抜き前に、被加工材２の表面の穴抜きパンチ１との接触部に接着剤６を塗布しておけばよい。この際、半抜きの状態とした後に接着剤６が乾くまで保持してから、先端部７と被加工材２とを取り出す。接着剤６は先端部７側に塗布することも可能であるが、穴抜きパンチ１が金型フレームに装着された状態で塗布する必要があるため、作業性が悪い。なお、接着に際して、接着剤６を用いるのではなく、両面テープのようなものを貼り付けておくことも可能である。

穴抜きパンチ１を被加工材２から引き抜いてしまうと、引き抜き時の穴抜きパンチ１と被加工材２の摺動により穴抜きパンチ１の刃先が欠損してしまう。
そこで、図２（ｃ）に示すように一体となった先端部７と被加工材２とから、刃先を含む断面を切り出して、光学顕微鏡等により刃先を観察する。
これにより、引き抜き時に発生する刃先の欠損に影響されないで、穴抜きパンチ１の刃先が欠損に至る過程を把握して評価することができる。
この場合に、先端部７の埋設量（パンチ食い込み量）は評価試験を行う上でのパラメータであり、パンチ食い込み量をパラメータとして関連付けて、刃先を観察した結果を評価する。より詳しくは、パンチ食い込み量が小さければ刃先の欠損の初期過程が観察され、パンチ食い込み量が大きければ刃先の欠損の最終過程が観察される。さらに、パンチ食い込み量を異ならせた複数水準での評価試験を行うことにより、刃先の欠損の初期過程から最終課程への推移を捉えることができる。
なお、刃先形状やクリアランス５（図１を参照）、板押さえ４の有無（図１を参照）、潤滑等の条件は、評価対象とする穴抜き加工に准ずるものとする。既に摩耗が進んだ穴抜きパンチ１を再加工して先端部７を分離式とする評価も可能である。

図３は、他の実施形態に係る穴抜きパンチの刃先の観察方法の各工程を示す模式図である。
図３に示すように、ダイ３の被加工材２をセットする支持面を傾斜させておき、穴抜きパンチ１の刃先を被加工材２の表面に対して傾けて食い込ませるようにすれば、刃先の欠損が誘起される。一般に、穴抜き加工では、同じ条件であっても刃先の欠損が起こる場合と、刃先の欠損が起こらない場合とがあり得る。穴抜きパンチ１の刃先を被加工材２の表面に対して傾けて食い込ませることで、あえて刃先の欠損が起こりやすい状態とし、安定して刃先の欠損を観察することが可能である。

ただし、穴抜きパンチ１と被加工材２の表面とのなす角度θが大き過ぎると、一般的な抜きとは異なり、刃先が押し潰される変形となってしまう。図４に、穴抜きパンチ１と被加工材２の表面とのなす角度θが大きすぎるため、刃先が押し潰される状態を模式的に示す。刃先の角部が押し潰される（角部押し潰し部１０）と、その周囲には、角部の押し潰しによりばり９が生じてしまう。本発明者らが試験したところによれば、穴抜きパンチ１及び被加工材２の種類や穴抜き条件にもよるが、該角度θを３度以上４５度以下とすれば、おおむね８割以上の確率で刃先の欠損を観察することができた。

１．６ｍｍ厚の１１８０ＭＰａ級鋼を被加工材として、評価試験を実施した。
穴抜きパンチの直径をφ１０ｍｍとし、その素材はダイス鋼ＳＫＤ１１とした。穴抜きパンチの先端部は、手で引き抜ける程度の嵌め合い式とした。図５に、穴抜きパンチの先端部を示す。クリアランスは、被加工材の板厚の２．０％に設定した。
半抜き時には板押さえを用いた。潤滑油は用いないドライの条件とした。穴抜きパンチの先端面と被加工材の表面とのなす角度θは０度、すなわち刃先を被加工材の表面に対して傾いて食い込むことが無い条件とした。パンチ食い込み量は１．０ｍｍ、１．２ｍｍの２水準とした。被加工材の表面には予め金属用の瞬間接着剤を塗布しておき、穴抜きパンチを下死点で３０秒制止させることで、先端部を被加工材に接着させた。

接着により一体となった先端部と被加工材とから、刃先を含む断面を切り出して、エポキシ樹脂に埋め込み、研磨することで観察用の試料を作成した。該試料に対し、光学顕微鏡による観察を実施した。
図６に、実施例１における刃先の観察結果を示す。図６に示すように、各パンチ食い込み量に応じた刃先の変化が捉えられている。図６（ａ）に示すように、パンチ食い込み量を１．０ｍｍとした状態では、刃先は９０度の形状を保っている。一方、図６（ｂ）に示すように、パンチ食い込み量を１．２ｍｍとした状態では、刃先に若干の変形がみられ、ここで対象とした穴抜きにおいては刃先が延性破壊することで欠損することが判明した。
なお、完全に穴抜きパンチを抜き切った状態では、単に刃先が欠損した状態となり、その過程について把握することは不可能であった。
以上の結果より、本発明の効果が検証された。

１．６ｍｍ厚の１１８０ＭＰａ級鋼を被加工材として、評価試験を実施した。
穴抜きパンチの直径をφ１０ｍｍとし、その素材はダイス鋼ＳＫＤ１１とした。穴抜きパンチの先端部は、手で引き抜ける程度の嵌め合い式とした。図５に、穴抜きパンチの先端部を示す。クリアランスは、被加工材の板厚の２．０％に設定した。
半抜き時には板押さえを用いた。潤滑油は用いないドライの条件とした。穴抜きパンチの先端面と被加工材の表面とのなす角度θは３度に設定した。すなわち、刃先を被加工材の表面に対して傾けて食い込ませる条件とした。パンチ食い込み量は穴抜きパンチが被加工材に接してから１．０ｍｍ、１．２ｍｍの２水準とした。被加工材の表面には予め金属用の瞬間接着剤を塗布しておき、穴抜きパンチを下死点で３０秒制止させることで、先端部を被加工材に接着させた。

接着により一体となった先端部と被加工材とから、刃先を含む断面を切り出して、エポキシ樹脂に埋め込み、研磨することで観察用の試料を作成した。該試料に対し、光学顕微鏡による観察を実施した。
図７に、実施例２における刃先の観察結果を示す。図７に示すように、各パンチ食い込み量に応じた刃先の変化が捉えられている。図７（ａ）に示すように、パンチ食い込み量を１．０ｍｍとした状態では、刃先に塑性変形がみられる。そして、パンチ食い込み量が１．２ｍｍになると、図７（ｂ）に示すように、刃先の塑性変形が進んで、穴抜きパンチの根本側に素材が押し流されるようにして欠損する挙動が捉えられている。実施例１と同様に対象とする穴抜きにおいては刃先が延性破壊することで欠損することが判明し、さらに刃先が傾いて食い込むことで欠損の程度がより進むことが確認された。
なお、完全に穴抜きパンチを抜き切った状態では、単に刃先が欠損した状態となり、その過程について把握することは不可能であった。
以上の結果より、本発明の効果が検証された。

以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１：穴抜きパンチ、２：被加工材、３：ダイ

Claims (4)

1. 被加工材の穴抜き加工に用いられる穴抜きパンチの刃先を観察する穴抜きパンチの刃先の観察方法であって、
   前記穴抜きパンチの前記刃先を含む先端部が分離式となっており、前記被加工材の半抜き時に前記先端部と前記被加工材とが接着されて、前記穴抜きパンチの引き抜き時に前記先端部が分離して前記被加工材に埋設された状態で残るようにし、
   一体となった前記先端部と前記被加工材とから、前記刃先を含む断面を切り出して、前記刃先を観察することを特徴とする穴抜きパンチの刃先の観察方法。
2. 前記被加工材の半抜き前に、前記被加工材の表面の前記穴抜きパンチとの接触部に接着剤を塗布しておくことを特徴とする請求項１に記載の穴抜きパンチの刃先の観察方法。
3. 前記刃先を前記被加工材の表面に対して傾けて食い込ませることを特徴とする請求項１又は２に記載の穴抜きパンチの刃先の観察方法。
4. 前記先端部の埋設量をパラメータとして関連付けて、前記刃先を観察した結果を評価することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の穴抜きパンチの刃先の観察方法。

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