JP7338573B2 - せん断刃、せん断金型、金属板のせん断加工方法、及びプレス部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板を切断するせん断加工を実行するための技術、及びその技術を用いたプレス部品を製造する技術に関する。

現在、自動車には軽量化による燃費向上と衝突安全性の向上が求められている。そして、車体の軽量化と衝突時の搭乗者保護を両立する目的で、自動車両部品、特に構造部品には、高強度鋼板が使用される傾向にある。特に近年では、高強度鋼板として、特に引張強度９８０ＭＰａ以上の超高強度鋼板が車体に適用されることもある。
超高強度鋼板の車体適用時における課題の一つに、プレス部品製造後の遅れ破壊がある。特に、引張強度９８０ＭＰａ以上の鋼板では、せん断加工後の端面（以下、せん断端面とも呼ぶ）から発生する、伸びフランジ割れ及び遅れ破壊への対策が重要な課題となっている。

ここで、せん断端面には、大きな引張応力が残留することが知られている。この引張応力の残留によって、せん断端面では伸びフランジ割れ、並びに遅れ破壊の発生が懸念されている。せん断端面において、これらの破壊を抑制するためには、せん断端面の引張り残留応力や加工硬化層を低減させる必要がある。

せん断工程を施した端面の引張り残留応力と加工硬化層を低減する簡易な方法としては、例えば穴抜き加工時に段付き上刃を用いて、張力下でせん断する方法（特許文献１、非特許文献１）、せん断工程を２回に分け２回目の切り代を小さくする方法（非特許文献２、特許文献２）がある。後者の２回目の切り代を小さくする方法は、切り代が十分小さい場合、シェービングや削りぬきと呼称される場合もある。なお、本明細書では、切代の大きさに関わらず、同じ端部に対し、せん断加工を２回行う場合を、「２度抜き」と呼称するものとする。

高橋雄三ら：突起付きパンチを用いた張力下の打ち抜きによる高強度薄鋼板の打ち抜き穴広げ性の改善、塑性と加工、５４－６２７（２０１３）、３４３－３４７ 中川威雄、吉田清太：削り抜き法 －せん断面の伸び変形能の向上策―、塑性と加工、１０－１０４（１９６９）、６６５－６７１

特願２０１５－５４７７６３号公報 特開２００６－１１６５９０号公報

上述の通り、高強度鋼板のせん断端面より発生する伸びフランジ割れと遅れ破壊が懸念されている。
しかし、上記の「２度抜き」によるせん断加工方法は、製造装置への実際の適用を考えた場合、２回目の切り代に合わせてｍｍ単位の位置精度が要求されるという課題や、少なくとも２工程以上のせん断工程を必要とするという課題などがあった。
一方で、上記穴加工における段付き上刃を用いたせん断方法では、２度抜きによる加工方法に比べ、ブランクの位置調整の問題は発生せず、せん断工程も一度で済むため、より経済的であるという利点がある。
しかしながら、上記従来の段付き上刃を用いたせん断方法は、穴抜き加工に用いる技術であって、金属板の端部の切断など、金属板を切断するせん断加工への適用について何ら記載も示唆も無い。

本発明は、上記のような点に着目してなされたものであり、段付き上刃を用いたせん断加工を金属板の切断に適用した際における、金属板のせん断端面の引張り残留応力並びに加工領域を低減するせん断加工、及びそのせん断加工を適用したプレス部品の製造の実現を目的としている。

発明者は、段付き上刃を用いたせん断加工方法を、従来技術のような穴抜き加工時のみならず、実際の自動車部品でみられるようなブランク外形部や平切り部の切断処理にも適用できないか検討した。ここで、ブランク外形部は、一般に、丸穴とは異なって、せん断時に曲げモーメントの相殺が生じないような、例えば回転に対して対称性を持たない閉曲線の輪郭形状となっている。を意図している。また、平切り部とは、丸穴とは異なって、せん断時に曲げモーメントの相殺が生じないような、閉曲線ではない板の領域の部分を指す。

刃部全体が板状の段付き刃を上刃に適用して、高強度鋼板からなる金属板を、直線状の切断位置に沿って切断した場合、上刃３の一段目（下段）の刃先が金属板に接触した際に、図１に示すように、金属板１０に過大な曲げモーメントＭが生じ、それによる種々の不具合が生じるとの知見を得、金属板１０の切断に対し単純に板状の段付き刃を用いることが出来ないとの知見を得た。その不具合は、具体的には、上記の曲げモーメントＭによる、板押さえ２の変形と損傷、上刃３の変形と損傷、金属板が上刃３側に引き込まれることによりせん断加工後の形状が狙いからずれてしまう、といった問題である。図１中、符号１は下刃である。
ここで、穴抜き加工においては、段付き刃を採用しても、穴の周全体で同等の曲げモーメントが発生するため、せん断金型の変形や金属板の引き込まれが相殺していた。このため、上記のような問題は発生していなかった。

上記のような問題は、ブランク外形部の端部や平切り部の切断の際に顕著に発生する。また、上記のような問題は、特に引張強度が高くせん断加工に要する荷重の高い、引張強度９８０ＭＰａ以上の鋼板において顕著にみられた。このような曲げモーメントを低減するせん断加工方法を開発することは、せん断金型の型寿命の向上の観点からも重要である。また金属板の上刃側への引き込まれを抑制することは、部品を設計通りに加工するために必要な課題である。
そして、発明者は、上記のような課題を見出し、その課題を解消する技術を鋭意検討して、本発明をなした。

すなわち、課題解決のために、本発明の一態様は、金属板を切断するせん断金型に用いられるせん断刃であって、刃部として、２つの刃先が切断方向へ段状に配置された第１の刃部と、刃先が１つの第２の刃部と、を有し、上記第１の刃部の２つの刃先のうち切断方向において上記金属板に対し遠位に配置される刃先と、上記第２の刃部の刃先とが、目的とする切断形状に金属板を切断する刃先を構成し、上記第１の刃部の２つの刃先のうち切断方向において上記金属板に対し近位に配置される刃先は、上記第２の刃部の刃先と同時若しくは当該第２の刃部の刃先よりも後に金属板に接触するように構成されている、ことを要旨とする。

また、本発明の態様は、上刃と下刃とで金属板を板厚方向に切断するせん断金型であって、上記上刃は、本発明の一態様に記載のせん断刃であり、上記第１の刃部の２つ刃先のうち、上記近位に配置される刃先は、上記遠位に配置される刃先に比べ、上記下刃とのクリアランスが大きく設定され、上記第２の刃部の刃先は、上記第１の刃部の２つ刃先のうちの上記近位に配置される刃先に比べ、上記下刃とのクリアランスが小さく設定されている、ことを要旨とする。

また、本発明の態様は、高強度鋼板からなる金属板をせん断加工する方法であって、２つの刃先が切断方向へ段状に配置された第１の刃部と刃先が１つの第２の刃部とが、切断形状の輪郭に沿って並んで配置されたせん断刃を用いて、上記金属板を切断する、ことを要旨とする。

また、本発明の態様は、金属板を、１又は２以上のプレス成形の工程を経てプレス部品とするプレス部品の製造方法において、上記１又は２以上のプレス成形のうちの最終のプレス成形の工程前に、本発明の態様に記載のせん断加工方法で金属板を切断するせん断工程を行う、ことを要旨とする。

本発明の態様によれば、せん断端面全体での曲げモーメントの発生を小さく抑制しつつ、第１の刃部で切断したせん断端面の、引張り残留応力並びに加工領域を低減することが可能となる。
すなわち、本発明の態様によれば、金属板を切断するせん断工程において、量産適用の際に問題となる過大な曲げモーメントの発生を抑制し、且つ、金属板の上刃側への引き込まれを抑制可能となる。この結果、耐伸びフランジ割れ特性並びに耐遅れ破壊特性が良好である高強度鋼板のせん断加工技術を提供することが可能となる。

段付き刃を用いた際に発生する過大な曲げモーメントＭによる型損傷と金属板の引き込みを示す図である。 本発明に基づく実施形態に係るプレス部品の製造工程例を示す図である。 せん断金型の構成を説明する図である。 第１のせん断刃を説明する図であって、（ａ）は切断面側（下刃と対向する面側）の正面図、（ｂ）は第１の刃部での断面図、（ｃ）第２の刃部での断面図である。 第１のせん断刃をせん断金型に組み込んだ状態を説明する模式図である。 第２のせん断刃を説明する図であって、（ａ）は切断面側（下刃と対向する面側）の正面図、（ｂ）は第１の刃部での断面図、（ｃ）第２の刃部での断面図である。 第２のせん断刃を用いた際の作用を説明する図であって、（ａ）は、第１の刃部で切断時の第２の刃部での切断状態の例を示す図であり、（ｂ）は、第１刃部の第１刃先での切断時の状態を示す図である。 実施例の第１の例における、せん断加工に供した金属板、下刃、板押さえ、上刃の位置関係の説明図である。 実施例の第１の例における上刃を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 実施例の第２の例における上刃を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は第１の刃部での断面図である。 実施例の第２の例における上刃を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は第１の刃部位置での断面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、せん断加工する金属板として、プレス部品にプレス成形するブランク用の金属板を例に挙げて説明する。
本実施形態が対象とする金属板は、せん断加工時に発生する鋼板のせん断端面での引張り残留応力や加工硬化によって、端部で伸びフランジ割れや遅れ破壊が起こる可能性のある高強度鋼板からなる。本発明は、引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板であれば適用可能であるが、伸びフランジ割れや遅れ破壊が特に懸念される９８０ＭＰａ以上を有する高強度鋼板に効果的であり、１１８０ＭＰａ以上を有する高強度鋼板により効果的な技術である。

本実施形態では、図２に示すように、プレス成形の前工程としてのトリム工程２１と、プレス成形工程２２とを有する。本実施形態で製造した金属板１０は、せん断端面に引張り残留応力が発生するようなせん断面が形成されたプレス成形用の金属板１０として好適である。

（トリム工程２１）
トリム工程２１では、金属板１０を、プレス部品の部品形状に応じた切断形状の輪郭に切断する。
この切断の際に、金属板１０の全周における少なくとも一部の端部に対し、本発明に基づく本実施形態のせん断加工を施すせん断工程２１Ａを有する。

＜せん断工程２１Ａ＞
せん断工程に使用するせん断金型２０は、図３に示すように、下刃１と、板押さえ２と、上刃３とを備える。
せん断金型２０を使用したせん断加工は、金属板１０の切断位置に合わせて、下刃１の刃先の位置が設定されるようにして、下刃１と板押さえ２で、金属板１０の本体側（端部から離れた側）を拘束（固定）する。また、せん断加工は、上刃３と下刃１のクリアランスΔＣを所定クリアランスに設定する。そして、下刃１に対して相対的に、上刃３を金属板１０の板厚方向（図３では下方）である切断方向に移動することで、せん断加工を実行する。

ここで、以下の説明では、説明を簡易にするために、直線状に切断する場合を例に説明する。切断位置（切断形状）が曲線状であっても、本発明は適用可能である。
通常の上刃３は、図３のように、刃部（上刃３の下部）が切断の輪郭形状に沿って延在した厚板形状になっており、その切断面側（下刃１側）の角部で、上刃３の刃先が形成されている。すなわち、１つの刃先が、切断位置の形状に沿った方向へ延在している。本実施形態では、上述のように、刃先が直線状（図３では紙面方向）に延在している場合である。

これに対し、本実施形態のせん断加工を施す際に使用する上刃（以下、せん断刃２３と記載する）の刃部は、図４及び図５に示すような構成となっている。
図４（ａ）は、図５の左方向から見た刃先側の正面図、すなわち、下刃１と対向可能な面側からみた図である。
せん断刃２３は、金属板１０を切断するせん断金型２０に用いられる。せん断刃２３は、刃部として、図４及び図５に示すように、２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂが切断方向へ段状に配置された第１の刃部２３Ａと、刃先２３Ｂａが１つの第２の刃部２３Ｂと、を有する。

ここで、図４に示すせん断刃２３では、下端面が水平な面となっている場合が例示されて、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａの角度が９０度の場合を例示しているが、刃先２３Ｂａの角度は、９０度以外の角度であってもよい。第１の刃部２３Ａの２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂの角度についても同様である。また、例えば、刃先２３Ｂａと刃先２３Ａａとが平行な関係でなくても良い。
せん断刃２３の刃部は、厚板状である。第１の刃部２３Ａと第２の刃部２３Ｂは、刃先の延在方向に並ぶように配置され、切断位置の形状（切断ライン）に沿って並んで配置されている。

図４に例示するせん断刃２３は、刃部が、切断形状の輪郭に沿って延在し且つ板形状となっており、１つの刃先からなる刃部の一部に、板厚方向に切り欠かれた切欠き部が形成されることで、その切欠き部位置が、２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂが切断方向へ段状に配置された上記第１の刃部２３Ａを構成し、その他の刃部が、第２の刃部２３Ｂを構成する。
ここで、第１の刃部２３Ａの２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂのうち、切断方向において金属板１０に対し近位に配置される刃先２３Ａａ（つまり相対的に先に金属板１０に接触する刃先）を第１刃先２３Ａａとも記載し、切断方向において金属板１０に対し遠位に配置される刃先２３Ａｂ（つまり相対的に後に金属板１０に接触する刃先）を第２刃先２３Ａｂとも記載する。

第１の刃部２３Ａは、断面図である図５に示すように、第１刃先２３Ａａが、下刃１側である第２刃先２３Ａｂより、段深さＤ分（板幅方向の寸法）だけ下刃１から離れる方向に位置している。また、第２刃先２３Ａｂは、段高さＨ分だけ、第１刃先２３Ａａよりも上方（金属板１０から離れる方向）に位置している。なお、図４、図５では、第１の刃部２３Ａの第１刃先２３Ａａと、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａの高さが等しい場合を例示しているが異なっていてもよい。
そして、第１の刃部２３Ａの２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂのうち切断方向において金属板１０に対し遠位に配置される第２刃先２３Ａｂと、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａとが、目的とする切断形状に金属板１０を切断する刃先を構成する。

また、第１の刃部２３Ａの２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂのうち切断方向において金属板１０に対し近位に配置される第１刃先２３Ａａは、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａと同時若しくは当該第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａよりも後に金属板１０に接触するように構成されている。図４に例示するせん断刃２３では、第１刃先２３Ａａと第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａとは同じ高さに設定されているため、第１刃先２３Ａａは、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａと同時に金属板１０に接触するように構成されている。
図４に例示するせん断刃２３では、第１の刃部２３Ａを１箇所だけ設けた場合であるが、第１の刃部２３Ａが複数箇所に形成されていてもよい。第１の刃部２３Ａの左右両側に第２の刃部２３Ｂが形成されていることが好ましい。

そして、図５に示すように、第１の刃部２３Ａの２つ刃先のうち、近位に配置される第１刃先２３Ａａは、遠位に配置される第２刃先２３Ａｂに比べ、下刃１とのクリアランスΔＣ２が大きく設定された状態となる。また、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａは、第１の刃部２３Ａの２つ刃先のうちの近位に配置される第１刃先２３Ａａに比べ、下刃１とのクリアランスΔＣ１が小さく設定された状態となっている。
本実施形態では、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａと第２刃先２３Ａｂは、下刃１とのクリアランスは同じ値ΔＣ１となっている。

そして、本実施形態では、上刃３として、上記のせん断刃２３を採用したせん断金型２０によって金属板１０の端部の切断を実行する。
このせん断刃２３を用いたせん断工程では、最初に、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａと第１の刃部２３Ａの第１刃先２３Ａａによる切断が実行されて、最終的な切断形状の輪郭に対し、第２刃先２３Ａｂに対する第１刃先２３Ａａのオフセット分（段深さＤ分）の張出部が一時的に形成され、続いた第１の刃部２３Ａの第２刃先２３Ａｂによる切断によって、上記の張出部が切断されて、目的の輪郭形状に金属板１０が切断される。
このように、第１の刃部２３Ａでの切断領域においては、２度の切断が行われる。

＜第２のせん断刃２３＞
本発明に基づく、せん断刃２３の別の例（第２のせん断刃２３）を、図６を参照して説明する。
図６は、第２のせん断刃２３を刃先側からみた正面図である。
第２のせん断刃２３は、図６のように、切断方向において、第１の刃部２３Ａの刃先を、金属板１０に対し、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａよりも遠位に配置した例である。
ただし、切断方向からみた、第１の刃部２３Ａの２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂの関係は、図４に例示したせん断刃２３（第１のせん断刃２３とも記載する）と同じである。

第１のせん断刃２３を使用した切断では、第２の刃部２３Ｂでの切断と、第１の刃部２３Ａの第１刃先２３Ａａでの切断が同時に実行される。
これに対し、第２のせん断刃２３を使用した切断では、最初に第２の刃部２３Ｂでの切断が実行される。次に、第１の刃部２３Ａの第１刃先２３Ａａで金属板１０の切断が実行されて、上述の張出部が一時的に形成され、その後に、第２刃先２３Ａｂでその張出部が切断されて、目的の切断形状となる。

ここで、図６示す第２のせん断刃２３においては、第１の刃部２３Ａと第２の刃部２３Ｂとの間に第３の刃部２３Ｃを形成した場合を例示している。
第３の刃部２３Ｃは、第２の刃部２３Ｂと同様に１つの刃先を有する刃部であって、第２の刃部とみなすこともできる。第３の刃部２３Ｃは、刃先の延在方向に沿って、第２の刃部２３Ｂから第１の刃部２３Ａへの移行用の刃部である。すなわち、第３の刃部２３Ｃは、第２の刃部２３Ｂから第１の刃部２３Ａに向けて刃先が、切断方向に対し傾斜した状態となっている。

＜第１の刃部２３Ａの段状について＞
上述の通り、第１の刃部２３Ａの段状を形成する段深さＤと段高さＨは、図５のように、通常の１つの刃先からなる上刃３に対して、切り欠かれた領域の幅と高さとして定義する。この領域は、図中では矩形（立方体形状）だが、実際には多角形や曲線で囲まれた領域であってもよい。段深さＤと段高さＨは、切欠き形状に関係無く、２つの刃先２３Ａａと２３Ａｂとの位置関係だけで決定される。
金属板１０の板厚に対する段深さＤの割合は、０．２５以上３．００未満が好ましい。また、金属板１０の板厚に対する段高さＨの割合は、０．２５以上３．００未満が好ましい。

後述の実施例に示すように、段深さＤの割合が０．２５以上且つ段高さＨの割合が０．２５以上の場合に、第１の刃部２３Ａによる遅れ破壊改善の効果が認められる。また、金属板１０の板厚に対する段深さＤの割合が３．００以上、段高さＨの割合が３．００以上である場合は、曲げのモーメントが大きくなりすぎるため、本実施形態に基づく上刃３を用いたとしても、せん断金型２０の損傷の危険があると考えられるため、好ましくはこれ以下の段形状を用いることが望ましい。
また、第１の刃部の幅（切断する金属板端部の長さ）については、幅の範囲が小さいほど曲げモーメントを低減できる。せん断時に発生する曲げモーメントは、ほとんどが第１の刃部によるものであるから、第１の刃部の幅を総せん断幅の半分以下にとれば、せん断時の曲げモーメントも半減し、顕著な効果を期待できる。

＜第１の刃部２３Ａの形成する位置＞
第１の刃部２３Ａを形成する位置は、第１の刃部２３Ａで切断された金属板１０におけるせん断面位置が、プレス成形で引張り残留応力が所定以上発生すると推定される端部となるような位置に設定する。例えば、プレス成形で引張り残留応力が所定以上発生する端部をＣＡＥ解析によって推定し、所定以上の引張り残留応力が発生すると推定される部分を切断で形成する位置に対応する刃部に、第１の刃部２３Ａを形成することが好ましい。

＜プレス成形工程２２＞
プレス成形工程２２では、上記トリム工程２１後の金属板１０を、プレス金型を使用してプレス成形を行い、目的のプレス部品とする。プレス成形は、例えば、フォーム成形やドロー成形である。
ここで、上記説明では、金属板１０の全周の一部に、本発明に基づくせん断工程２１Ａでの加工を施す場合を例示した。しかし、本発明は、それに限定されない。例えば、金属板１０の全周に、本発明に基づくせん断加工を施しても良い。

また、本発明に基づくせん断加工を施す場合、金属板１０の外周に対し、同時期に全部の端部に対し、せん断加工を施す必要はない。例えば、第１の辺に対して本発明に基づくせん断加工を施した後に、第２の辺に対して本発明に基づくせん断加工を別途、施しても良い。
また、プレス部品の形状が複雑化するほど、多段階のプレス成形でプレス部品が製造される。この場合、本発明に基づくせん断加工を、必ずしも最初のプレス成形の前に実施する必要はない。例えば、本発明に基づくせん断加工を、最後のプレス方法を除く任意のプレス成形後に実施しても良い。

なお、上記説明では、本発明に基づくせん断加工を施した金属板１０をプレス成形して目的の製品にする場合を例示しているが、プレス成形を行わずに用いられる金属板１０であっても、本発明のせん断加工方法は適用可能である。
また、本発明に基づくせん断加工の前に、他のせん断加工が施されていても良い。

（動作その他）
本実施形態では、上刃３として上記のせん断刃２３を採用することで、上刃３で同時期に切断するせん断箇所において、一部を第１の刃部２３Ａで切断し、他の部分を第２の刃部２３Ｂで切断する。
本実施形態のせん断刃２３を用いたせん断工程では、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａと第１の刃部２３Ａの第２刃先２３Ａｂによる切断によって最終的な切断形状の輪郭に切断する。その際に、先ず、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａと第１の刃部２３Ａの第１刃先２３Ａａによる切断によって、上記の最終的な切断形状の輪郭に対し、第１刃先２３Ａａのオフセット分の小さな張出部が一時的に形成された切断形状に切断された後に、上記の張出部が、第１の刃部２３Ａの第２刃先２３Ａｂによって切断されて、目的の輪郭形状となる。

ここで、第１刃先２３Ａａと下刃１とのクリアランスΔＣ２は、段深さＤ分だけ大きいことから、第１刃先２３Ａａによる切断によるせん断部での曲げモーメントは、相対的に大きい。一方、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａと下刃１とのクリアランスΔＣ１は、第１刃先２３Ａａと下刃１とのクリアランスΔＣ
２よりも小さいため、第１刃先２３Ａａによる切断に比べ、第２の刃部２３Ｂ及び第２刃先２３Ａｂによる切断によるせん断部での曲げモーメントは小さい。
そして、本実施形態では、上刃３の刃部全体を段付きの第１の刃部２３Ａとすることなく、一部の刃部だけに第１の刃部２３Ａを採用することで、上刃３の刃部全体を第１の刃部２３Ａとする場合に比べ、上刃３での切断の際にせん断部で発生する曲げモーメントを小さくすることが可能となる。また、第１の刃部２３Ａで切断する切断部分は、２度抜きの効果と同様に、耐伸びフランジ割れ特性並びに耐遅れ破壊特性の向上が得られる。

このように、本実施形態では、段部を有する第１の刃部２３Ａで切断された領域では耐伸びフランジ割れ特性並びに耐遅れ破壊特性の向上が得られる一方で、段部を有しない第２の刃部２３Ｂによるせん断部では曲げモーメントがほとんど発生しない。このため、１つの上刃３によって切断するせん断端面全体において、第１の刃部２３Ａで切断する領域が抑えられることで、曲げモーメントの発生を小さく抑制することができる。
すなわち、図４のような形状のせん断刃２３を上刃３として用いてせん断加工を行うことで、段付き刃（第１の刃部２３Ａ）による過大なモーメントが発生する領域を、耐伸びフランジ割れ特性並びに遅れ破壊特性を向上したい領域のみに制限することができる。結果として、型全体に生じるモーメントによる荷重は著しく低減される。

更に、図６のような、第２のせん断刃２３を上刃３として使用した場合には、第１の刃部２３Ａの第１刃先２３Ａａによる金属板１０の切断の開始に先立って、第２の刃部２３Ｂによる金属板１０の切断が実行される。このため、図７に示すように、第１の刃部２３Ａの第１刃先２３Ａａによる切断（図７（ｂ）参照）の際には、その左右両側の切断部分については、第２の刃部２３Ｂでの切断の実行によって、既に上刃３で引き込まれないよう拘束された状態（図７（ａ）参照）になっているため、金属板１０の上刃３側への引き込まれを、より抑制することができる。

すなわち、第２のせん断刃２３を上刃３として用いてせん断加工を行うことで、第１の刃部２３Ａにより金属板１０が引き込まれるタイミングで、その両側に位置する第２の刃部２３Ｂでせん断された部分若しくはせん断中の部分は既に上刃３で引き込まれないよう拘束された状態になるため、金属板１０の上刃３側への引き込まれを、より抑制することができる。
なお、第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａと第１刃先２３Ａａとの切断方向（上下方向）のオフセット量は、金属板１０の板厚以上が好ましいが、金属板１０の板厚未満であっても構わない。上記のオフセット量は、例えば、金属板１０の厚さの三分の一以上に設定する。

以上のように、本実施形態では、平切り部の第１の刃部２３Ａでのせん断による曲げモーメントの発生と金属板１０の上刃３側への引き込まれによる問題が解消される。この結果、量産への適用が容易となる。また、第１の刃部２３Ａ（段付き刃）を用いた領域では耐遅れ破壊特性の向上が得られる。このことは、第１の刃部２３Ａによる残留応力や加工硬化層の低減による効果と考えられる。すなわち、本実施形態を用いることで、第１の刃部２３Ａで切断する箇所においては伸びフランジ割れと遅れ破壊の発生を抑制し、なおかつ、量産適用性の高い金属板１０のせん断加工方法を提供可能となる。

すなわち、本実施形態によれば、せん断加工時に発生する鋼板のせん断端面の引張り残留応力と加工硬化層を低減することができるので、自動車のパネル部品、構造・骨格部品等の各種部品に高強度鋼板を適用する際に耐伸びフランジ割れ特性並びに遅れ破壊特性を向上することができる。更に、段付きせん断による曲げモーメントの発生と金属板１０の上刃３側への引き込まれによる問題が解消され量産への適用が容易になる。

（効果）
本実施形態は、次のような効果を奏する。
（１）本実施形態は、金属板１０を切断するせん断金型２０に用いられるせん断刃２３であって、刃部として、２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂが切断方向へ段状に配置された第１の刃部２３Ａと、刃先が１つの第２の刃部２３Ｂと、を有し、上記第１の刃部２３Ａの２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂのうち切断方向において上記金属板１０に対し遠位に配置される刃先と、上記第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａとが、目的とする切断形状に金属板１０を切断する刃先を構成し、上記第１の刃部２３Ａの２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂのうち切断方向において上記金属板１０に対し近位に配置される刃先は、上記第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａと同時若しくは当該第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａよりも後に金属板１０に接触するように構成されている。

例えば、上記第１の刃部及び上記第２の刃部を有する上記刃部は、切断形状の輪郭に沿って延在し且つ板形状となっており、１つの刃先からなる刃部の一部に板厚方向に切り欠かれた切欠き部を有し、その切欠き部位置が、２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂが切断方向へ段状に配置された上記第１の刃部２３Ａを構成する。

また、せん断金型２０として、例えば、上刃３と下刃１とで金属板１０を板厚方向に切断するせん断金型２０であって、上記上刃３は、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のせん断刃２３であり、上記第１の刃部２３Ａの２つ刃先のうち、上記近位に配置される刃先は、上記遠位に配置される刃先に比べ、上記下刃１とのクリアランスが大きく設定され、上記第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａは、上記第１の刃部２３Ａの２つ刃先のうちの上記近位に配置される刃先に比べ、上記下刃１とのクリアランス小さく設定されている、せん断金型２０を用いる。

そして、本実施形態では、高強度鋼板からなる金属板１０をせん断加工する方法であって、２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂが切断方向へ段状に配置された第１の刃部２３Ａと刃先が１つの第２の刃部２３Ｂとが、切断形状の輪郭に沿って並んで配置されたせん断刃２３を用いて、上記金属板１０を切断する。
この構成によれば、第１の刃部２３Ａで切断されたせん断面において、伸びフランジ割れと遅れ破壊の発生を抑制可能になると共に、せん断刃２３による切断の際に発生する曲げモーメントを小さく抑えることができて、切断精度の低下も抑えることが可能となる。

（２）本実施形態では、切断方向において、上記金属板１０に対し、上記第１の刃部２３Ａの２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂがともに、上記第２の刃部２３Ｂの刃先２３Ｂａよりも遠位に配置されている、ように構成してもよい。
例えば、本実施形態では、上記金属板１０の切断の際に、上記第１の刃部２３Ａが金属板１０の接触する前に、上記第２の刃部２３Ｂが金属板１０に接触するように、第１の刃部２３Ａと上記第２の刃部２３Ｂとを設定する。

この構成によれば、第１の刃部２３Ａによる切断に先立って、第２の刃部２３Ｂによる切断が開始若しくは終了していることで、第１の刃部２３Ａにより金属板１０が引き込まれるタイミングで、第２の刃部２３Ｂでせん断された部分若しくはせん断中の部分は既に上刃３で引き込まれないよう拘束された状態になるため、金属板１０の上刃３側への引き込まれを、より有効に抑制することができる。この結果、第１の刃部２３Ａを用いることよる切断精度の低下をより有効に防止できる。

（３）本実施形態は、金属板１０を、１又は２以上のプレス成形の工程を経てプレス部品とするプレス部品の製造方法において、上記１又は２以上のプレス成形のうちの最終のプレス成形の工程前に、上記実施形態に記載のせん断加工方法で金属板１０を切断するせん断工程を行う、構成とする。
この構成によれば、プレス成形で加工される金属板１０を切断するせん断工程において、量産適用の際に問題となる過大な曲げモーメントの発生を抑制し、且つ、金属板１０の上刃３側への引き込まれを抑制可能となる。

次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
以下の実施例では、２種類の鋼種Ａ、Ｂを用いた、板厚１．４ｍｍの供試材を対象に説明する。

＜第１の例＞
本例における、金属板１０、下刃１、板押さえ２、上刃の位置関係を図８に示す。
この第１の例では、上刃の刃先として、左右方向全体に同一の刃先形状を採用して実行した。そして、上刃として、上刃の刃先全体が１つの刃先に場合（第２の刃部２３Ｂのみからなる場合）、及び、図９のように段状の２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂからなる場合（第１の刃部２３Ａのみからなる場合）を用い、更に、段状の２つの刃先２３Ａａ、２３Ａｂからなる場合については、その段状の図５において定義される段高さＨ、段深さＤを変化させて、せん断加工を実行した。

表１では、段高さＨ及び段深さＤは、供試材の板厚に対する割合によって示した。
また、下刃１と第１の刃部２３Ａの第１刃先２３ＡａとのクリアランスΔＣは、（（１２．５ ＋段深さ／１．４ｍｍ）×１００）％とした。下刃１と第１の刃部２３Ａの第２刃先２３Ａｂ及び第２の刃部２３ＢとのクリアランスΔＣは、１２．５％とした。
また、遅れ破壊の評価については、切断後のサンプルについて、引張強度の曲げ応力を負荷してｐＨが３の塩酸に９６時間浸漬し、サンプルの割れの有無を確認することで実行した。割れが発生した場合は、遅れ破壊「有り」、そうでない場合は遅れ破壊「無し」とした。

せん断加工による曲げモーメントによる型の損傷を調べるため、型の板押さえ２を固定する支持部である、ストリッパーボルトの変形による表面傷の発生有無を調べた。損傷のあったものは「型損傷」について「有り」、そうでない場合は「無し」とした。
更に、切断の際における、金属板１０の上刃３側への引き込まれ量も測定した。
表１に、遅れ破壊と型損傷の有無、金属板１０の上刃３側への引き込まれ量を示した。
その結果を表１に示す。

表１から分かるように、この例では、遅れ破壊抑制の効果が生じる場合では、いずれも曲げモーメントによる型の損傷と金属板１０の上刃３側への引き込まれが生じた。

＜第２の例＞
第２の例では、上記の第１の例において、曲げモーメントの発生が最も顕著と推測される、板厚に対する段高さＨの割合が１．５、段深さＤの割合が１．５であるような段部を有する上刃を用いて、切断加工を行った。
この際、比較のため図９のような本発明を用いない場合の、刃部全部を第１の刃部２３Ａとした上刃を用いた場合を実施例１とした。また、図１０のような本発明に基づく上刃を用いた場合を実施例２とした。更に、図１１のような本発明に基づく上刃を用いた場合を実施例３とした。

そして、各上刃を用いて上記第１の例と同様の条件でせん断工程を実行して、試験片を得た。そして各試験片に対して、引張強度の曲げ応力を負荷してｐＨが３の塩酸に９６時間浸漬し、サンプルの割れの有無を確認した。このとき、割れが発生した場合は、遅れ破壊「有り」、そうでない場合は遅れ破壊「無し」とした。また、せん断加工による曲げモーメントによる型の損傷を調べるため、せん断金型２０の板押さえ２支持部である、ストリッパーボルトの変形による表面傷の発生有無を調べた。損傷のあったものは「型損傷」を「有り」、そうでない場合は「無し」とした。更に、金属板１０の上刃側への引き込まれ量も測定した。
その遅れ破壊と型損傷の有無、金属板１０の上刃側への引き込まれ量を、表２に示した。

表２に示したように、いずれの場合でも遅れ破壊の抑制効果が得られた。
このとき、実施例１では、鋼種Ａ、Ｂとも型損傷が生じたのに対し、実施例２、３では、鋼種Ａ、Ｂとも曲げモーメントの低減により型損傷は生じなかった。
また、実施例１に比べ、実施例２、３では、金属板１０の上刃３側への引き込まれ量が抑制され、特に実施例３ではその効果が顕著であった。

１ 下刃
２ 板押さえ
３ 上刃
１０ 金属板
２０ せん断金型
２１ トリム工程
２１Ａ せん断工程
２２ プレス成形工程
２３ せん断刃
２３Ａ 第１の刃部
２３Ａａ 第１刃先
２３Ａｂ 第２刃先
２３Ｂ 第２の刃部
２３Ｂａ 刃先
２３Ｃ 第３の刃部

Claims (6)

1. 金属板を切断するせん断金型に用いられるせん断刃であって、
   刃部として、２つの刃先が切断方向へ段状に配置された第１の刃部と、刃先が１つの第２の刃部と、を有し、
   上記第１の刃部の２つの刃先のうち切断方向において上記金属板に対し遠位に配置される刃先と、上記第２の刃部の刃先とが、目的とする切断形状に金属板を切断する刃先を構成し、
   上記第１の刃部の２つの刃先のうち切断方向において上記金属板に対し近位に配置される刃先は、上記第２の刃部の刃先と同時若しくは当該第２の刃部の刃先よりも後に金属板に接触するように構成され、
   上記第１の刃部及び上記第２の刃部を有する上記刃部は、板形状となっており、１つの刃先からなる刃部の一部に板厚方向に切り欠かれた切欠き部を有し、その切欠き部位置が、２つの刃先が切断方向へ段状に配置された上記第１の刃部を構成する、
   ことを特徴とするせん断刃。
2. 切断方向において、上記金属板に対し、上記第１の刃部の２つの刃先がともに、上記第２の刃部の刃先よりも遠位に配置されていることを特徴とする請求項１に記載したせん断刃。
3. 上刃と下刃とで金属板を板厚方向に切断するせん断金型であって、
   上記上刃は、請求項１又は請求項２に記載のせん断刃であり、
   上記第１の刃部の２つ刃先のうち、上記近位に配置される刃先は、上記遠位に配置される刃先に比べ、上記下刃とのクリアランスが大きく設定され、
   上記第２の刃部の刃先は、上記第１の刃部の２つ刃先のうちの上記近位に配置される刃先に比べ、上記下刃とのクリアランスが小さく設定されている、
   ことを特徴とするせん断金型。
4. 金属板をせん断加工する方法であって、
   ２つの刃先が切断方向へ段状に配置された第１の刃部と刃先が１つの第２の刃部とが、切断形状の輪郭に沿って並んで配置されたせん断刃を用いて、上記金属板を切断し、
   上記金属板の切断の際に、上記第１の刃部が金属板の接触する前に、上記第２の刃部が金属板に接触するように、第１の刃部と上記第２の刃部とを設定する、
   ことを特徴とする金属板のせん断加工方法。
5. 上記金属板は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であることを特徴とする請求項４に記載した金属板のせん断加工方法。
6. 金属板を、１又は２以上のプレス成形の工程を経てプレス部品とするプレス部品の製造方法において、
   上記１又は２以上のプレス成形のうちの最終のプレス成形の工程前に、請求項４又は請求項５に記載のせん断加工方法で金属板を切断するせん断工程を行う、
   ことを特徴とするプレス部品の製造方法。

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