JP7230582B2 - せん断加工方法及びせん断加工装置 - Google Patents

Description

本開示は、自動車、家電製品、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント、ペンストック等で用いる金属部材を、振動を抑えながらせん断加工を行うせん断加工方法及びせん断加工装置に関する。

自動車、家電製品、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント、ペンストック等で用いる金属部材の製造には、せん断加工が多く利用されている。図１及び２に、せん断加工の態様を模式的に示す。図１に、被加工材に穴を形成するせん断加工の態様を模式的に示し、図２に、被加工材に開断面を形成するせん断加工の態様を模式的に示す。

図１に示すせん断加工においては、ダイ４０の上に被加工材１０を配置し、パンチ２０を被加工材１０の板厚方向２０ａに押し込んで、被加工材１０に穴を形成する。図２に示すせん断加工においては、ダイ４０の上に被加工材１０を配置し、同じく、パンチ２０を被加工材１０の板厚方向２０ａに押し込んで、被加工材１０に開断面を形成する。

図３にせん断加工で形成される加工材１２のせん断加工面１９の断面模式図を示し、図４にパンチ２０、ホルダー３０、及びダイ４０を用いて、抜き材１１及び加工材１２を得るせん断加工の断面模式図を示す。

せん断加工面１９は、通常、図３及び４に示すように、だれ１４、１４’、せん断面１５、１５’、破断面１６、及びバリ１７、１７’によって構成される。だれ１４は、被加工材がパンチ２０で押し込まれることにより、せん断加工面１９のパンチ側表面１８ａに形成される。せん断面１５は、パンチ２０とダイ４０との間隙に被加工材が引き込まれることにより、被加工材が局所的に引き伸ばされて形成される。破断面１６は、パンチ２０とダイ４０との間隙に引き込まれた被加工材にパンチ側及びダイ側から亀裂が発生し、被加工材が破断して形成される。バリ１７は、パンチ２０とダイ４０との間隙に引き込まれた被加工材が破断して分離する際、せん断加工面１９のダイ側表面１８ｂに生じる。

せん断加工の際、上記のように被加工材において、パンチ側から発生する亀裂とダイ側から発生する亀裂がつながり、破断面が形成される。このとき、被加工材が破断して引き込まれた状態から一気に開放され、振動及び騒音が発生する。せん断加工時の振動及び騒音を抑制する方策として、被加工材を打ち抜き加工する上型と下型と、プレス機械のフレームあるいはスライド駆動系との間に、ウレタンゴム板等のばね定数の小さい弾性部材を介在させて打ち抜き加工を行う方法が提案されている（特許文献１）。

特開平８－１１０００号公報

特許文献１の方法によれば、せん断加工時に、スライドに取り付けた上型が瞬間的に深く下型に食い込み、振動及び騒音を引き起こす、いわゆるブレークスルー現象を抑制することができる。このように、特許文献１の方法によれば、プレス機の振動を抑制することができるが、被加工材の破断によって発生する振動及び騒音を抑制することはできない。

また、被加工材の強度が大きくなるにつれて亀裂の発生タイミングが早くなり、振動及び騒音が大きくなる問題が顕在化してきた。しかしながら、特許文献１等の従来のせん断加工方法では、振動及び騒音発生の抑制が不十分であり、プレス機が異常を検知して異常停止し、さらにはパンチやダイの刃先にチッピングが発生することがあった。

そこで、本発明者は、上記課題を解決することができる新たなせん断加工方法及びせん断加工装置を見出した。

本開示の要旨は、以下のとおりである。
（１）第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、前記第２面がダイ側に配置されるように、前記ダイ上に配置し、前記被加工材の前記第１面から前記第２面に向かって前記被加工材の板厚方向に、前記第１面側に配置されたパンチでせん断加工を行うせん断加工方法であって、
前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、
前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率よりも小さく、
少なくとも破断面の形成時に前記押え部材を前記被加工材に押しつけながら、せん断加工を行うこと、
を含む、せん断加工方法。
（２）前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率の２０％以下である、上記（１）に記載のせん断加工方法。
（３）前記パンチの先端部の位置から前記押え部材の先端部の位置までの、前記被加工材の前記第２面から第１面に向かう板厚方向における距離Ｈｇが、前記被加工材に形成される前記板厚方向におけるだれの長さとせん断面の長さとの合計長さ未満である、上記（１）または（２）に記載のせん断加工方法。
（４）前記距離Ｈｇが、
－ｔ≦Ｈｇ＜０．６ｔ
（式中、ｔは前記被加工材の板厚）
を満たす、上記（３）に記載のせん断加工方法。
（５）前記押え部材の幅Ｗｃに対する前記押え部材の高さＨｃの比率Ｈｃ／Ｗｃが４以下であり、且つＨｃ≧被加工材の板厚／０．３である、上記（１）～（４）のいずれかに記載のせん断加工方法。
（６）前記パンチが、前記押え部材の外周側に逃げ抑制部材を有する、上記（１）～（５）のいずれかに記載のせん断加工方法。
（７）第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、前記第１面から前記第２面に向かってせん断加工をするように構成されたパンチ及びダイを有し、前記被加工材をせん断加工して、抜き材及び加工材を得るせん断加工装置であって、
前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、
前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率よりも小さい、
せん断加工装置。
（８）前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率の２０％以下である、上記（７）に記載のせん断加工装置。
（９）前記パンチの先端部の位置から前記押え部材の先端部の位置までの、前記被加工材の前記第２面から第１面に向かう板厚方向における距離Ｈｇが、前記被加工材に形成される前記板厚方向におけるだれの長さとせん断面の長さとの合計長さ未満である、上記（７）または（８）に記載のせん断加工装置。
（１０）前記距離Ｈｇが、
－ｔ≦Ｈｇ＜０．６ｔ
（式中、ｔは前記被加工材の板厚）
を満たす、上記（９）に記載のせん断加工装置。
（１１）前前記押え部材の幅Ｗｃに対する前記押え部材の高さＨｃの比率Ｈｃ／Ｗｃが４以下であり、且つＨｃ≧被加工材の板厚／０．３である、上記（７）～（１０）のいずれかに記載のせん断加工装置。
（１２）前記パンチが、前記押え部材の外周側に逃げ抑制部材を有する、上記（７）～（１１）のいずれかに記載のせん断加工装置。

本開示のせん断加工方法及びせん断加工装置によれば、振動及び騒音を抑制することができる。

図１は、被加工材に穴を形成するせん断加工の態様を示す断面模式図である。 図２は、被加工材に開断面を形成するせん断加工の態様を示す断面模式図である。 図３は、被加工材のせん断加工面の断面模式図である。 図４は、抜き材及び加工材を得るせん断加工の断面模式図である。 図５は、本開示のせん断加工方法の一態様を説明する断面模式図である。 図６は、本開示の方法によるせん断加工における破断面形成時の断面模式図である。 図７は、本開示のせん断加工方法の一態様を説明する断面模式図である。 図８は、押え部材のヤング率を変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果である。 図９は、押え部材のヤング率を変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果である。 図１０は、押え部材のヤング率を変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果である。 図１１は、押え部材のヤング率を変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果である。 図１２は、押え部材のヤング率を変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果である。 図１３は、本開示のせん断加工方法の一態様を説明する断面模式図である。 図１４は、押え部材の高さＨｃを変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果である。 図１５は、押え部材の高さＨｃを変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果である。 図１６は、押え部材の高さＨｃを変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果である。 図１７は、押え部材の高さＨｃを変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果である。 図１８は、本開示のせん断加工方法の一態様を説明する断面模式図である。 図１９は、突出部を有しない押え部材を備えたパンチでせん断加工を行う場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析した解析モデル及びシミュレーション結果である。 図２０は、突出部を有する押え部材を備えたパンチでせん断加工を行う場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析した解析モデル及びシミュレーション結果である。 図２１は、図２０に示す突出部を有する押え部材の拡大模式図である。 図２２は、パンチが、押え部材の外周側に逃げ抑制部材を有する態様の断面模式図である。 図２３は、ｚ方向において間隔Ｗｚで分離している押え部材の斜視図である。

従来より用いられているパンチとホルダーとは、別駆動である。せん断加工時に被加工材の板厚方向（以下、単に、板厚方向ともいう）に対して垂直方向にパンチがずれることがあるが、ホルダーをパンチの刃先（パンチの側面）の近傍に配置またはパンチの刃先に接するように配置すると、パンチとホルダーとが干渉する可能性がある。そのため、ホルダーをパンチの側面に接するように配置することは難しく、パンチ及びホルダーは、板厚方向に対して垂直方向に所定の距離を開けて配置される。

これに対して、パンチと一体型の押え部材を設ければ、板厚方向に対して垂直方向にパンチがずれても、パンチと押え部材との相対位置は変わらないので、上記のような問題が生じない。

本開示は、第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、前記第２面がダイ側に配置されるように、前記ダイ上に配置し、前記被加工材の前記第１面から前記第２面に向かって前記被加工材の板厚方向に、前記第１面側に配置されたパンチでせん断加工を行うせん断加工方法であって、前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率よりも小さく、少なくとも破断面の形成時に前記押え部材を前記被加工材に押しつけながら、せん断加工を行うこと、を含む、せん断加工方法を対象とする。

本開示の方法によれば、パンチの上部に固定され一部がパンチと一体化された押え部材が、破断面形成時の被加工材及び破断面形成直後の加工材を押さえることができるので、せん断加工時の振動及び騒音の発生を抑制することができる。さらには、従来、大きな振動及び騒音が発生することが特に問題となっていた高強度鋼板をせん断加工する場合でも、振動及び騒音を抑制することができる。これにより、プレス機の異常停止や、パンチ及びダイの刃先のチッピングを防止することができる。

また、本開示の方法によれば、被加工材をパンチの刃先（側面）近傍まで、好ましくはパンチの刃先（側面）まで押さえることができるので、ダイとパンチとのクリアランスを従来よりも大きくしても、振動を抑制することができる。そのため、高い寸法精度が要求されず、金型を安価に作製することができ、加えて、金型の損傷が防止される。特に高張力鋼板のせん断加工でも金型の損傷が防止され、金型の補修及び調整の必要性が軽減されるので生産性を向上することができる。

以下、本開示の方法について、図面を参照しながら説明する。

本開示の方法で用いられるパンチは、パンチの側面に接するようにパンチの上部に固定された押え部材を備える。図５に、本開示の方法に用い得るパンチを含むせん断加工装置の断面模式図を示す。図５は、被加工材に開断面を形成するせん断加工の態様を一例として示しているが、被加工材に穴を形成する場合にも適用される。以下の説明においても同様である。

図５に示すように、せん断加工装置は、第１面１０１及びその反対側の第２面１０２を有する被加工材１０を、第１面１０１から第２面１０２に向かってせん断加工するパンチ２０及びダイ４０、並びに被加工材１０をダイ４０との間で保持するホルダー３０を有する。ホルダー３０は、弾性体３１を備えてもよい。図５にはホルダー３０を示しているが、本方法においては押え部材を用いるので、ホルダー３０は任意構成であり、以下の説明において特に断りがない限り同様である。

図５に示すせん断加工においては、第１面１０１及びその反対側の第２面１０２を有する被加工材１０を、第１面１０１がパンチ２０側に配置され、第２面１０２がダイ４０側に配置されるように、ダイ４０とパンチ２０との間に配置する。パンチ２０が、被加工材１０の第１面１０１から第２面１０２に向かって被加工材１０を打ち抜くことで、抜き材及び加工材を得ることができる。ホルダー３０は、パンチ２０による打ち抜きの際、被加工材１０を、第１面１０１側からダイ４０側に向かう方向に押えつけ、被加工材１０を固定することができる。

パンチ２０は、上部が拡がったＴ字またはＬ字形状を有し、パンチ２０の側面に接するようにパンチ２０の上部２１に保持された押え部材２２を備える。押え部材２２は、パンチ２０の上部２１のみに固定され、パンチ２０の側面には実質的に固定されていない。そのため、パンチ２０が被加工材１０の板厚方向に押し込まれるとともに、押え部材２２が被加工材１０の第１面１０１に押しつけられ、変形することによって、パンチ２０の側面に接しながら被加工材１０の板厚方向（せん断加工方向）にパンチ２０とは別個に動くことができる。言い換えれば、押え部材２２は変形にともない、パンチ２０の側面に対して摺動することができる。ただし、押え部材２２がパンチ２０の側面に接しながら被加工材１０の板厚方向（せん断加工方向）にパンチ２０とは別個に動くことができる限り、押え部材２２の一部がパンチ２０の側面に固定される態様を除くものではない。

押え部材２２のパンチ２０の上部２１への固定は、接着剤等を用いた接着や、ボルトによる固定によって行うことができる。

本開示の方法においては、上部においてパンチと一体化されている押え部材によって、パンチの刃先近傍の被加工材を押さえることができ、好ましくはだれの先端まで押さえることができる。押え部材によってパンチの刃先近傍の被加工材を押さえることによって、振動を抑制することができ、だれの先端まで押え部材が入り込み押さえることによって、より良好に振動を抑制することができる。

図６に、本開示のせん断加工方法における破断面形成時の断面模式図を示す。破線は、亀裂が発生して破断面１６が形成される状態を示している。図６に示すように、少なくとも破断面１６の形成時に、押え部材２２を被加工材１０の第１面１０１に押しつけながら、せん断加工を行う。押え部材２２とダイ４０との間で被加工材１０を押さえ込みながら、破断面１６を形成することによって、振動及び騒音を抑制することができる。

押え部材のヤング率は、被加工材のヤング率よりも小さい。被加工材よりも小さいヤング率を有する押え部材を用いることによって、図６に示すように、押え部材を被加工材の第１面に押しつける際に押え部材が変形して、押え部材２２がだれ１４を押さえることができる。

押え部材のヤング率は、被加工材のヤング率の好ましくは２０％以下、より好ましくは１０％以下、さらに好ましくは１％以下である。押え部材が上記範囲のヤング率を有することにより、被加工材に押え部材が食い込んで被加工材に塑性変形が生じることを抑制しつつ、押え部材が被加工材のだれの先端近傍または先端までより良好に抑えることができ、振動及び騒音をより抑制することができる。

加工材に対して、押え部材のヤング率を変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果を示す。解析モデルを図７に、シミュレーション結果を図８～図１２に示す。シミュレーション条件は次の通りである：
パンチ：弾性体、ヤング率２００ＧＰａ、ポアソン比０．３；
ダイ：剛体；
押え部材：弾性体、ヤング率４０ＭＰａ～４００ＧＰａ、ポアソン比０．４９９、押え部材の高さＨｃ＝１０．０ｍｍ、押え部材の幅Ｗｃ＝５．０ｍｍ、パンチの先端部の位置から押え部材の先端部の位置までの、被加工材の第２面から第１面に向かう板厚方向の距離Ｈｇ＝０．０ｍｍ；
被加工材：弾塑性体、１４７０ＭＰａ級鋼板、ヤング率２００ＧＰａ、ポアソン比０．３、板厚１．６ｍｍ；
パンチ／ダイ間クリアランス：０．３２ｍｍ、板厚比２０％；
ソルバー：Ａｂａｑｕｓ ｅｘｐｌｉｃｉｔ；
解法：動的陽解法（ＦＥＭ）。

被加工材のヤング率２００ＧＰａに対して、押え部材のヤング率が４００ＧＰａの場合、被加工材に押え部材が食い込んで塑性変形が生じてしまう。これに対して、押え部材のヤング率を４０ＧＰａ以下、すなわち、被加工材のヤング率の２０％以下にすることによって、被加工材に押え部材が食い込むことによる被加工材の塑性変形を抑制しつつ、押え部材が被加工材をだれの先端近傍または先端までより良好に抑えることができ、振動及び騒音をより抑制することができる。

押え部材に用いられる材料のヤング率の下限は、好ましくは０．１ＭＰａ以上、より好ましくは０．５ＭＰａ以上である。この範囲のヤング率を有する押え部材であれば、振動及び騒音の抑制を十分に行うことができる。

押え部材は、金属、合金、セラミックス、及び樹脂から選択される少なくとも１つの材料であることができる。押え部材は、好ましくは樹脂である。

例えば、押え部材に用いられ得る金属材料は、銅（ヤング率：１３０ＧＰａ）、アルミニウム（ヤング率：７１ＧＰａ）等であることができる。

押え部材に用いられ得る合金材料は、アルミニウム合金（ヤング率：７０ＧＰａ）、マグネシウム合金（ヤング率：４５ＧＰａ）、銅合金（ヤング率：８０～１２０ＧＰａ）等であることができる。

押え部材に用いられ得るセラミックス材料は、ステアタイト（ヤング率：１２０ＧＰａ）等であることができる。

押え部材に用いられ得る樹脂材料は、ウレタンゴム（ヤング率：約１～１５ＭＰａ）、シリコーンゴム（ヤング率：約２～４０ＭＰａ）、ニトリルゴム（ヤング率：約１～４ＭＰａ）、クロロプレンゴム（ヤング率：約２～４ＭＰａ）、エチレンゴム（ヤング率：約２～４ＭＰａ）、ブチルゴム（ヤング率：約１～３ＭＰａ）、フッ素ゴム（ヤング率：約３～５ＭＰａ）、低弾性ゴム（ヤング率：約０．５～２ＭＰａ）等であることができる。本明細書において、ゴム等の樹脂材料のヤング率は、引張り強さ／伸びからＪＩＳにしたがって求めることができる（例えば、ＪＩＳ Ｋ ７１６１， ＪＩＳ Ｋ ６２５４）。

押え部材は、複数の材料の組み合わせで構成されてもよい。押え部材は、例えば樹脂のみで構成されてもよいし、鉄またはステンレスとばねまたはダンパーとの組み合わせで構成されてもよい。例えば、樹脂だけでは荷重が不十分の場合、鉄などのより大きなヤング率の材料と組み合わせてもよい。押え部材が複数の材料から構成されている場合、押え部材のヤング率は、押え部材全体のヤング率である。同様に、被加工材が複数の材料から構成されている場合、被加工材のヤング率は、被加工材全体のヤング率で考えればよい。

図１３に例示するように、押え部材２２は、先端部に比較的ヤング率が大きい材料２２１を備え、パンチ２０の上部２１に保持される側に比較的ヤング率が小さい材料、ばね、またはダンパー２２２を備えてもよい。

好ましくは、パンチの先端部の位置から押え部材の先端部の位置までの、被加工材の第２面から第１面に向かう板厚方向の距離Ｈｇが、被加工材に形成される板厚方向におけるだれの長さとせん断面の長さとの合計長さ未満である。図７に、せん断加工前のパンチと押え部材との相対位置を表す断面模式図を示す。距離Ｈｇは、板厚方向におけるだれの長さとせん断面の長さとの合計長さ未満であればよく、マイナスであってもよい。すなわち、パンチの先端部よりも押え部材の先端部が突出していてもよい。

板厚方向（せん断加工面に平行方向）のだれの長さとせん断面の長さは、被加工材の材料及びパンチとダイとのクリアランスによって変わるので、事前に調べておけばよい。

距離Ｈｇが、板厚方向におけるだれの長さとせん断面の長さとの合計長さ未満であることにより、破断面の形成時に押え部材がだれを押さえることができるので、振動及び騒音をより良好に抑制することができる。

好ましくは、距離Ｈｇは、実質的にゼロ、またはマイナスである。すなわち、せん断加工を行う際に、パンチが被加工材に接するのと実質的に同時に押え部材も被加工材に接するか、または押え部材が被加工材に接した後にパンチが被加工材に接することが好ましい。このとき、押え部材は、好ましくは樹脂であり、より好ましくはウレタンゴムまたはシリコーンゴム等のゴムである。距離Ｈｇがこのような範囲であることにより、被加工材がせん断加工される全行程で、押え部材が変形しながら被加工材を押さえることができる。

好ましくは、距離Ｈｇは、
－ｔ≦Ｈｇ＜０．６ｔ
（式中、ｔは被加工材の板厚）
を満たし、
より好ましくは、距離Ｈｇは、
－０．５ｔ≦Ｈｇ＜０．２ｔ
（式中、ｔは被加工材の板厚）
を満たす。

パンチの先端部よりも押え部材の先端部が突出していてもよいが、突出長さは板厚ｔ以下であることが好ましく、板厚ｔの半分以下であることがより好ましい。押え部材として樹脂等のヤング率が小さい材料を用いた場合に、距離Ｈｇの絶対値を上記範囲にすることより、押え部材の変形が大きくなりすぎて押え部材が損傷することを抑制することができる。

せん断加工において、だれ及びせん断面の板厚方向の合計長さが、板厚の６０％以上である場合、振動及び音は問題にならない。したがって、距離Ｈｇを板厚の６０％未満にすることにより、破断面の形成時に押え部材がだれを押さえることができ、振動をより良好に抑制することができる。なお、押え部材が損傷した場合は、押え部材を交換してもよい。

板厚方向に対して垂直方向の押え部材の幅Ｗｃは、パンチの刃先周囲の被加工材を押さえることができれば特に限定されないが、Ｗｃが大きいほど被加工材の浮きを防止できるので、荷重の許す範囲で設定すればよく、例えば１～１０ｍｍまたは２～５ｍｍであることができる。

板厚方向の押え部材の高さＨｃは、好ましくは、Ｈｃ≧被加工材の板厚／０．３を満たす範囲内にある。Ｈｃが上記範囲内であることにより、押え部材の耐久性の劣化を抑制することができる。

押え部材の幅Ｗｃに対する押え部材の高さＨｃの比率Ｈｃ／Ｗｃは、好ましくは４以下であり、より好ましくは２以下であり、さらに好ましくは１以下である。Ｈｃ／Ｗｃの比率が上記範囲である場合、押え部材の過度なたわみが抑制され、被加工材のだれの先端の近傍または先端まで押さえることができ、振動及び騒音の低減効果をより大きくすることができる。Ｈｃ／Ｗｃの比率の下限は特に限定されないが、上記のように、Ｈｃが、Ｈｃ≧被加工材の板厚／０．３を満たす範囲内であることが好ましい。

押え部材の高さＨｃを変えた場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析したシミュレーション結果を示す。図７の解析モデルにおいて、Ｗｃ＝５．０ｍｍ、Ｈｇ＝０．０ｍｍとして、Ｈｃを２．５～２０．０ｍｍの範囲で変更し、Ｈｃ／Ｗｃを変更した。それ以外のシミュレーション条件は上記と同じである。シミュレーション結果を図１４～図１７に示す。Ｈｃ／Ｗｃの比率が小さいほど、押え部材のたわみが抑制され、被加工材のだれの先端の近傍または先端まで押さえることができることが分かる。

押え部材は、好ましくは、先端部においてパンチの刃先（側面）に向かって高さが増加する突出部を有する。図１８に、せん断加工前のパンチと押え部材の断面模式図を示す。せん断加工において、被加工材にはだれが形成されるが、図１８に示すように、押え部材２２が、先端部においてパンチ２０の刃先（側面）に向かって長さが増加する突出部２２３を有する場合、突出部２２３が、被加工材のだれ形成による隙間を埋めることができるので、より効果的に押え部材で被加工材を押さえて振動及び騒音を抑制することができる。

図１９に突出部を有しない押え部材を備えたパンチでせん断加工を行う場合、図２０に突出部を有する押え部材を備えたパンチでせん断加工を行う場合の、押え部材による被加工材のだれの押え状態について解析した解析モデル及びシミュレーション結果を示す。

図１９に示す突出部を有しない押え部材は、断面において、幅Ｗｃが５．０ｍｍ、外周側の高さＨｃが５．０ｍｍ、及び内周側の高さＨｃ’が５．０ｍｍの寸法を有する。図２０に示す突出部を有する押え部材は、断面において、幅Ｗｃが５．０ｍｍ、外周側の高さＨｃが５．０ｍｍ、及び内周側の高さＨｃ’が５．２ｍｍの寸法を有する。内周側とは、押え部材２２がパンチ２０と接する側であり、外周側とは、押え部材がパンチ２０と接する側の反対側である。

図１９に示す突出部を有しない押え部材の先端部とパンチの先端部との距離Ｈｇはゼロであり、せん断加工を行う際に、パンチが被加工材に接するのと実質的に同時に押え部材も被加工材に接する。図２０に示す突出部を有する押え部材は、パンチの側面に接する側の押え部材の先端が、パンチの先端よりも０．２ｍｍ突出している。図２１に、図２０に示す突出部を有する押え部材の拡大模式図を示す。図２０及び２１に示す押え部材には、押え部材の外周側においては押え部材の先端部とパンチの先端部との距離Ｈｇはゼロであるが、押え部材の内周側においては押え部材の先端部とパンチの先端部との距離Ｈｇは－０．２ｍｍであるように、外周側から内周側にかけて突出量が線形に大きくなる突出部が形成されている。図２０及び２１に例示するような突出部を押え部材が有する場合、押え部材の先端部とパンチの先端部との距離Ｈｇは、押え部材の外周側の先端部とパンチの先端部との板厚方向の距離であり、押え部材の高さＨｃは、押え部材の外周側の高さである。

図１９では、押え部材と被加工材のだれとの間にわずかな隙間が見られるが、図２０では、押え部材がだれの先端まで押さえていることが分かる。

好ましくは、パンチは、押え部材の外周側に逃げ抑制部材を有する。図２２に、パンチ２０が、押え部材２２の外周側に逃げ抑制部材２４を有する態様の断面模式図を示す。逃げ抑制部材２４は、好ましくは押え部材２２の外周側に接している。

上述のように、押え部材２２の幅Ｗｃに対する押え部材２２の高さＨｃの比率Ｈｃ／Ｗｃが大きい場合は、押え部材２２がパンチ２０から離れる方向にたわむことがあるが、パンチ２０が押え部材２２の外周側に逃げ抑制部材２４を有することにより、押え部材２２のたわみを抑制することができ、被加工材のだれの先端の近傍または先端まで押さえることができ、振動及び騒音の低減効果をより大きくすることができる。

好ましくは、押え部材２２より先に逃げ抑制部材２４が被加工材１０に接触しないように、抑制部材２４の高さＨｃ’は、押え部材２２の高さＨｃよりも小さい。抑制部材２４の高さＨｃ’は、パンチ２０の上部２１からの抑制部材２４の板厚方向の長さである。

逃げ抑制部材２４は、押え部材２２のたわみを抑制することができる材質であれば特に限定されないが、パンチ２０と同じ材質であることができる。逃げ抑制部材２４は、パンチと２０と一体であってもよく、またはパンチ２０に結合されたものでもよい。

被加工材１０に押え部材２２が押し付けられて押え部材２２が板厚方向（図２２のｘ方向）に縮むとき、押え部材２２は、板厚方向に対して垂直方向（図２２のｙ方向またはｚ方向）に拡大しようとするが、パンチ２０が逃げ抑制部材２４を有する場合は、押え部材２２は、逃げ抑制部材２４により、パンチ２０から離れる方向である外周方向（ｙ方向）には変形できず、板厚方向及び外周方向に対して垂直方向（ｚ方向）にのみ拡大する。

この場合、押え部材２２が、過度な拘束を受けないようにするため、押え部材２２は、好ましくは、図２３に示すように、ｚ方向において間隔Ｗｚで２つ以上に分離している。Ｗｚは、好ましくはＷｚ≦１０Ｗｃ、より好ましくはＷｚ≦５Ｗｃである。間隔Ｗｚの間の隙間のｚ方向の長さは、好ましくはＷｚの５％以上５０％以下、さらに好ましくはＷｚの１０％以上２０％以下である。

ダイは、好ましくは、パンチが備える押え部材と同様の押え部材を、ダイの側面に接する位置に備えてもよい。ダイが押え部材を備えることによって、被加工材のせん断加工時に被加工材の第２面を押さえることができるので、被加工材の倒れを抑制することができ、被加工材に発生する亀裂発生のタイミングをより遅くするこができるので、振動及び騒音をさらに抑制することができる。また、打ち抜き時に抜き材（スクラップ）の落下速度を抑制できるので、スクラップがスクラップシュートを傷付けることを防止することができる。

パンチとダイとの間のクリアランスは特に限定されないが、例えば、パンチとダイとの間のクリアランスは、板厚の５～２５％程度であることができる。

ホルダーを用いる場合、ホルダーの配置位置は特に限定されず、従来と同様の位置に配置することができる。例えば、板厚方向に対して垂直方向におけるホルダーとパンチの側面（刃先）との間隔は約２～６ｍｍであり、押え部材とホルダーとの間隔は約０．５～３ｍｍであることができる。

本方法において、被加工材は実質的に板状である。被加工材の板厚は特に限定されず、例えば０．２～１０ｍｍであることができる。被加工材の材質も、せん断加工が可能であれば特に限定されず、鉄系若しくは鉄合金系の金属板または非鉄系若しくは非鉄合金系の金属板でもよい。被加工材は、好ましくは鉄系又は鉄合金系の金属板であり、より好ましくは５９０ＭＰａ級以上、さらに好ましくは７８０ＭＰａ以上、さらにより好ましくは９８０ＭＰａ級以上の引張強度を有する高強度鋼板である。本開示の方法によれば、このような高強度鋼板のせん断加工においても、振動及び騒音を抑制することができる。

本方法において、パンチ、ダイ、及びホルダーは、上記で説明した構成以外は特に限定されず、従来と同様の材質、寸法、及び形状を有することができる。

本開示の方法はまた、第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、前記第１面から前記第２面に向かってせん断加工をするように構成されたパンチ及びダイを有し、前記被加工材をせん断加工して、抜き材及び加工材を得るせん断加工装置であって、前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率よりも小さい、せん断加工装置を対象とする。

せん断加工方法の構成について説明した上記記載は、せん断加工装置の構成にも適用される。

押え部材の有無、及び押え部材のＨｃを変更して、被加工材をせん断加工したときのＡ特性音圧レベルを評価した。

下記の条件で、被加工材のせん断加工を行い、その際のＡ特性音圧レベルを評価した。
被加工材：１４７０ＭＰａ級鋼板、板厚１．６ｍｍ；
パンチの直径：φ１００ｍｍ；
パンチの打ち抜き速度：１００ｍｍ／秒；
パンチ／ダイ間のクリアランス：０．３２ｍｍ（板厚比２０％）；
押え部材の材質：シリコーンゴム；
押え部材のヤング率：１０ＭＰａ；
押え部材の高さＨｃ：２．５～４０．０ｍｍ；
押え部材の幅Ｗｃ：５．０ｍｍ；
パンチの先端部の位置から押え部材の先端部の位置までの、被加工材の第２面から第１面に向かう板厚方向の距離Ｈｇ＝０．０ｍｍ。

Ａ特性音圧レベルは、表１にしたがって評価した。

表２に、Ａ特性音圧レベルの評価結果を示す。

１０ 被加工材
１０１ 被加工材の第１面
１０２ 被加工材の第２面
１１ 抜き材
１２ 加工材
１４ だれ
１４’ だれ
１５ せん断面
１５’ せん断面
１６ 破断面
１７ バリ
１７’ バリ
１８ａ パンチ側表面
１８ｂ ダイ側表面
１９ せん断加工面
２０ パンチ
２０ａ 被加工材の板厚方向
２１ パンチの上部
２２ 押え部材
２２１ 比較的ヤング率が大きい材料
２２２ 比較的ヤング率が小さい材料、ばね、またはダンパー
２２３ 突出部
３０ ホルダー
３１ 弾性部材
４０ ダイ
Ｈｃ 押え部材の（外周側の）高さ
Ｈｃ’ 押え部材の内周側の高さ
Ｈｇ パンチの先端部の位置から押え部材の先端部の位置までの距離
Ｗｃ 押え部材の幅

Claims (8)

1. 第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、前記第２面がダイ側に配置されるように、前記ダイ上に配置し、前記被加工材の前記第１面から前記第２面に向かって前記被加工材の板厚方向に、前記第１面側に配置されたパンチでせん断加工を行うせん断加工方法であって、
   前記被加工材は、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する高強度鋼板であり、
   前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、
   前記パンチの先端部の位置から前記押え部材の先端部の位置までの、前記被加工材の前記第２面から第１面に向かう板厚方向における距離Ｈｇが、－ｔ≦Ｈｇ＜０（式中、ｔは前記被加工材の板厚）を満たし、
   前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率よりも小さく、
   少なくとも破断面の形成時に前記押え部材を前記被加工材に押しつけながら、せん断加工を行うこと、
   を含む、せん断加工方法。
2. 前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率の２０％以下である、
   請求項１に記載のせん断加工方法。
3. 前記押え部材の幅Ｗｃに対する前記押え部材の高さＨｃの比率Ｈｃ／Ｗｃが４以下であり、且つＨｃ≧被加工材の板厚／０．３である、
   請求項１又は２に記載のせん断加工方法。
4. 前記パンチが、前記押え部材の外周側に逃げ抑制部材を有する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のせん断加工方法。
5. 第１面及びその反対側の第２面を有する被加工材を、前記第１面から前記第２面に向かってせん断加工をするように構成されたパンチ及びダイを有し、前記被加工材をせん断加工して、抜き材及び加工材を得るせん断加工装置であって、
   前記せん断加工装置は、前記被加工材として５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する高強度鋼板をせん断加工するものであり、
   前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、
   前記パンチの先端部の位置から前記押え部材の先端部の位置までの、前記被加工材の前記第２面から第１面に向かう板厚方向における距離Ｈｇが、－ｔ≦Ｈｇ＜０（式中、ｔは前記被加工材の板厚）を満たし、
   前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率よりも小さい、
   せん断加工装置。
6. 前記押え部材のヤング率が、前記被加工材のヤング率の２０％以下である、
   請求項５に記載のせん断加工装置。
7. 前前記押え部材の幅Ｗｃに対する前記押え部材の高さＨｃの比率Ｈｃ／Ｗｃが４以下であり、且つＨｃ≧被加工材の板厚／０．３である、
   請求項５又は６に記載のせん断加工装置。
8. 前記パンチが、前記押え部材の外周側に逃げ抑制部材を有する、
   請求項５～７のいずれか一項に記載のせん断加工装置。

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