JPWO2005097373A1 - せん断加工装置 - Google Patents

Abstract

板状の被加工部材（５０）を下方に配置したダイ（２０）に載置しパッド（３０）で挟持した状態で上方に配置したパンチ（４０）により被加工部材（５０）の所定部位を所定形状に加工するせん断加工装置（１０）であって、被加工部材（５０）の加工すべき所定部位の外縁部位面（５１）に面接触して配置されて外縁部位面（５１）の板厚直交方向の外方向の移動を拘束するヒール部（４１）がパンチ（４０）と一体的に設けられている。

Description

本発明は、せん断加工装置に関する。詳しくは、プレス機械等により被加工部材にせん断力を付与して切断面を高精度に仕上げることのできるせん断加工装置に関する。

一般に、金属素材を高精度にプレス加工して自動車部品等の各種所定の形状に加工成形する方法としては、ファインブランキング加工（精密打抜き加工）方法が良く知られている。このファインブランキング加工方法（以下、ＦＢ加工方法）によれば、比較的に厚板である金属素材であっても高精度にせん断力を付与することができるため、製品に亀裂を生じさせたり破断面を形成させたりすることなく、平滑な切断面（所要の精度）に仕上げることができる。したがって、このＦＢ加工方法を用いることで、仕上がり製品の切断面が平滑となる。

詳しくは、ＦＢ加工方法では、各部位が油圧制御によって複雑に作動する油圧式のプレス機が用いられている。具体的には、被加工部材（金属素材）をパッド（板押え）とダイとによって挟込んで拘束状態にすることで、パンチとダイとによってせん断力が付与された時（パンチとダイとのクリアランスは極小状態）に被加工部材の内部に作用する逃げ力（せん断力に対して垂直外方向に働く力）の作用を抑止するようにしている。また、これらパッドとダイとによる挟込み形状に突条（Ｖリング）を設けることにより、拘束力を向上させるようにしたものもある。すなわち、この突条を被加工部材に食込ませるようにして挟込むことで、逃げ力の抑止作用を高めることができる。したがって、被加工部材にせん断力を集中して付与することができ、高精度な加工を行うことができる。
また、被加工部材にパンチとダイとによってせん断力が付与されると、被加工部材には、両者のクリアランスに起因した曲げ力が作用し、パンチから跳ね上がろうとする作用力（跳ね上がり力）が付与される。したがって、被加工部材がパンチから跳ね上げられてせん断力が分散されてしまうことを抑止するため、パンチの対向側（被加工部材を介した対向側）には、この跳ね上がり力の作用を抑止すべくエジェクタ（製品押え）が設けられている。詳しくは、エジェクタは、パンチによるせん断力を被加工部材に適度に付与させつつ、一方で、被加工部材の跳ね上がりを抑止できるような加圧状態となるように、油圧制御によって各部を複雑に作動できるようになっている。
なお、これに関連する技術として、例えば、特開平２−１６０１２５号公報に開示されているものが挙げられる。

しかしながら、上記従来の技術においては、被加工部材を高精度な切断面に仕上げることができたが、油圧制御により各部（エジェクタ等）を複雑に作動させるようにしなければならなかったため、かかる部品点数が増大し、構造全体が大掛かりで、かつ、複雑なものとなっていた。また、これにより、加工時の寸法合わせ等の条件出しや、メンテナンス等の作業工数をも増大させることになった。したがって、かかる製造コストの増大に加えて、加工処理の高精度化及び品質の安定化が図り難いものとなり、大量生産には不向きなものとなっていた。
また、ＦＢ加工方法では、切断加工された製品及びスクラップは加工処理後にもダイやエジェクタの上に残存することになる。したがって、製品を次の工程に移送するためには、加工後に製品と同一面上に配されるスクラップを排出する処理を行わなければならない。すなわち、切断後のスクラップを抜き落とすまでの１度の加工処理に要する時間や工数が余計にかかり、加工処理の高速化を図ることが難しかった。
更に、上述したように、被加工部材の挟込み形状には、加工時に被加工部材に作用する逃げ力を抑止するために、突条（Ｖリング）が設けられていたが、これだけの構成によっては逃げ力を十分に抑止することができず、被加工部材を両側からガイドするための部材を更に設けるなどして対応しなければならなかった。

本発明は、上述した問題を解決するものとして創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、せん断加工による製品の切断面を高精度に仕上げつつ、かかる構成を簡単にし、加工処理の高速化を図ることにある。

上記課題を解決するために、本発明のせん断加工装置は次の手段をとる。
先ず、本発明の第１の発明は、板状の被加工部材をダイとパッドとで挟持した状態で、パンチにより被加工部材の所定部位を所定形状に加工するせん断加工装置であって、せん断加工装置には、被加工部材をダイとパッドとで挟持した状態で、被加工部材の加工すべき所定部位の外縁部位面に接触して配置されて外縁部位面の板厚直交方向の外方向の移動を拘束する拘束部を一体的に有するパンチを設け、せん断加工時の被加工部材の外縁部位面の移動を拘束するものである。
ここで、板状の被加工部材にパンチとダイとによって板厚方向のせん断力を付与すると、加工すべき所定部位の外縁部位面には、板厚直交方向の外方向に作用力（逃げ力）が働く。更に、被加工部材のせん断力の付与部位には、パンチから跳ね上がろうとする跳ね上がり力が作用する。
この第１の発明によれば、被加工部材にせん断力を付与するパンチには、被加工部材の加工すべき所定部位の外縁部位面に接触する拘束部が一体的に設けられている。これにより、被加工部材の外縁部位面は、加工時に板厚直交方向の外方向に移動することが拘束される。また、拘束部の外縁部位面に作用する拘束力は、被加工部材がパンチから跳ね上がろうとする跳ね上がり力に対する抑止力（摺動摩擦抵抗力）としても作用し、跳ね上がり方向の移動をも拘束する。したがって、被加工部材の加工すべき所定部位の加工時の移動が拘束されるため、加工すべき所定部位にはせん断力が高精度に付与される。
また、被加工部材の跳ね上がりを抑止するためのエジェクタが不用であるため、例えば、被加工部材の切断加工時においては、切断された部位は下方に抜き落とされる。

次に、本発明の第２の発明は、上述した第１の発明において、ダイの下方に被加工部材を配置し、被加工部材の更に下方にパッドを配置したものである。
この第２の発明のよれば、被加工部材の切断された部位がパッド等の部材上に残留してしまうことがない。したがって、被加工部材の切断された部位は、そのまま、下方に抜き落とされる。

次に、本発明の第３の発明は、上述した第１又は第２の発明において、拘束部には、先端に向かって細くなるテーパ形状が形成されているものである。
この第３の発明によれば、被加工部材の加工すべき所定部位の外縁部位面は、パンチと共に移動する拘束部のテーパ形状によってガイドされながら接触状態とされる。すなわち、被加工部材の加工すべき所定部位の外縁部位面と拘束部との間の隙間を極小状態又は締まり嵌め状態に設定した場合であっても、このテーパ形状によるガイドが行われることで、滑らかに接触状態とされる。

次に、本発明の第４の発明は、上述した第１から第３のいずれかの発明において、せん断加工装置は、パンチにより被加工部材の所定部位を所定形状に加工する前段階において被加工部材の加工すべき所定部位の外縁部位面を所定の精度で加工成形する前処理手段を有するものである。
この第４の発明によれば、被加工部材は、前処理手段によって、パンチにより被加工部材の所定部位を所定形状に加工する前段階において、被加工部材の加工すべき所定部位の外縁部位面が所定の精度で加工成形される。すなわち、加工時に拘束部に接触する外縁部位面が、予め所定の精度で加工成形される。

次に、本発明の第５の発明は、上述した第１から第４のいずれかの発明において、拘束部は、被加工部材の段差状の加工形状に対応した分割形状とされているものである。
この第５の発明によれば、拘束部は、被加工部材の段差状の加工形状に対応した位置に形成される。したがって、例えば、複雑形状（段差状）の被加工部材を加工する場合に対しても、拘束部によって一定の拘束力や抑止力を作用させる。

本発明は上述した手段をとることにより、次の効果を得ることができる。
先ず、本発明の第１の発明によれば、パッドとダイとによって挟持した被加工部材に対し、拘束部を備えたパンチを移動させるのみで高精度なせん断加工が行える。すなわち、加工時の被加工部材の跳ね上がり方向の移動を拘束するためのエジェクタや、加工時に各部を複雑に作動させるための油圧制御構造を不用とすることができ、一般的なリンクプレス機を適用するなどして、かかる構成を簡単にすることもできる。したがって、かかる生産性を低廉にし、品質の安定化を図ることができる。
また、このように構成を簡単にすることができるにも拘わらず、被加工部材にせん断力を集中的に付与することができるため、高精度な加工面に仕上げることができる。更に、切断加工時においては、パンチを移動させることで切断されたスクラップをそのまま下方に抜き落とすことができるため、スクラップの排出処理にかかる時間や工数を大幅に短縮することができる。すなわち、製品の切断面を高精度に仕上げつつ、処理の高速化を図ることができる。
更に、本発明の第２の発明によれば、スクラップをより安定的に下方に抜き落とすことができる。
更に、本発明の第３の発明によれば、被加工部材の加工すべき所定部位の外縁部位面と拘束部とを高精度に接触するように設定した場合であっても、パンチを下方に移動させるのみでこれらを容易に接触状態とすることができる。したがって、被加工部材の加工精度をより向上させることができる。
更に、本発明の第４の発明によれば、加工時における拘束部と外縁部位面との接触状態を向上させることができる。したがって、被加工部材の加工精度をより一層向上させることができる。
更に、本発明の第５の発明によれば、被加工部材が複雑形状の場合であっても、加工時に一定の拘束力や抑止力を作用させることができるため、高精度な加工が行える。

［図１］本実施例のせん断加工装置の加工前状態における要部を拡大視した断面図である。
［図２］被加工部材をせん断加工する処理工程の流れを示した図である。
［図３］図１の拘束部が被加工部材に面接触した状態を示す図である。
［図４］被加工部材にせん断力が付与された状態を示す図である。
［図５］被加工素材が切断された状態を示す図である。
［図６］切断されたスクラップが抜き落とされる状態を示す図である。
［図７］本実施例で示した製品とは異なる形状の製品に適用されるパンチの平面図である。
［図８］図７のパンチにより被加工部材をせん断加工処理する工程の流れを示した図である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態の実施例について、図面を用いて説明する。
図１〜図６は、本発明のせん断加工装置１０の一実施例を示すものである。図１はせん断加工装置１０の加工前状態における要部を拡大視した断面図、図２は被加工部材５０をせん断加工する処理工程の流れを示した図、図３は図１の拘束部４１が被加工部材５０に面接触した状態を示す図、図４は被加工部材５０のせん断加工時の状態を示す図、図５は被加工部材５０が切断された状態を示す図、図６は切断されたスクラップ５３が抜き落とされる状態を示す図である。

先ず、本実施例において加工成形される被加工部材５０は、図１及び図２に良く示されるように、一定の板厚を有した長尺形状の鋼板（コイル材）である。また、被加工部材５０は、加工時にはアンコイラ、レベラ、及びロールフィーダ等の搬送装置（共に図示しない）によってせん断加工装置１０内に連続供給されると共に、連続した一定のピッチ幅で長手方向に順送りされて、各加工処理が段階的に行われるようになっている。
なお、本実施例で説明する加工処理は、図２に良く示されるように、被加工部材５０を所定形状に加工成形する前段階において、前処理装置８０によって、被加工部材５０の短手方向の両端面を切断加工（粗加工）することにより、所定のコイル幅を有した外縁部位面５１を所定の精度で加工成形している。これにより、切断加工時における被加工部材５０の外縁部位面５１と後述するせん断加工装置１０の拘束部４１との面接触状態を良好なものにし、この後の切断加工が高精度に行えるようにしている。ここで、前処理装置８０が本発明の前処理手段に相当する。なお、図中に示す５３はスクラップであり、５２は製品である。

次に、せん断加工装置１０は、駆動モータの回転力によりクランクを介してパンチ４０の往復動を行う構成（機械式クランクプレス）となっている。具体的に述べると、せん断加工装置１０は、図１に良く示されるように、主として、板状の被加工部材５０を載置して加工時に下刃として機能するダイ２０と、加工時にダイ２０とによって被加工部材５０を板厚方向に挟持するパッド３０と、被加工部材５０の上方に配置され上刃として機能するパンチ４０と、によって構成されている。

詳しくは、ダイ２０は、せん断加工装置１０の下型側に固定状態とされており、加工時には、被加工部材５０の内側部位を下方から支持する。
次に、パッド３０は、図１に良く示されるように、駆動モータから駆動力を受けて上下に往復動するバッキングプレート（図示しない）に対しショルダボルト３２を介して連結されている。詳しくは、ショルダボルト３２は、バッキングプレート上部から下方向に貫通されて相対的に摺動可能（上下方向に摺動可能）となるように挿入されており、ボルト頭部（図示しない）が上部に突出されて、その他端側（ショルダボルト３２の先端）がパッド３０に接続されている。また、バッキングプレートとパッド３０との間位置には、ショルダボルト３２を巻込むようにしてコイルスプリング３１が配置されている。
したがって、パッド３０は、バッキングプレートと共に下方向に移動し、ダイ２０に載置された被加工部材５０に当接した後にダイ２０に対して挟持力を作用させる。詳しくは、図３に良く示されるように、バッキングプレートが下方向に移動してパッド３０が被加工部材５０に当接すると、コイルスプリング３１がバッキングプレートの下方向への移動に伴う押圧力によって収縮する。これにより、パッド３０は、収縮されたコイルスプリング３１の復元力（弾性力）を受けて被加工部材５０に挟持力を作用させる。

次に、パンチ４０は、図１に良く示されるように、下端側において断面ヒール形状をした拘束部４１が一体的に形成されている。詳しくは、拘束部４１は、パンチ４０の押圧面４３から部分的に垂下方向に突出した形状となっており、所定のコイル幅に切断された被加工部材５０の外縁部位面５１に面接触する当接面４４を形成している。なお、この当接面４４は、加工時にダイ２０に載置される被加工部材５０の外縁部位面５１に対して緊密な面接触状態（両者の間のクリアランスが非常に小さい状態）となるように設定されている。なお、パンチ４０及び拘束部４１は、共に靭性に優れた金属素材（日立金属製ＨＡＰ５Ｒ）から成っている。
また、拘束部４１の下端４２側には、先端（下端４２）に向かって細くなるテーパ形状４５が当接面４４側（被加工部材５０の加工すべき所定部位の外縁部位面５１に面接触する側）に形成されている。このテーパ形状４５は、パンチ４０を下方に移動させる際に、拘束部４１の当接面４４に被加工部材５０の外縁部位面５１をスムーズに導入できるようにガイドする。
次いで、パンチ４０の上端側は、前述したバッキングプレートに連結されており、バッキングプレートと共に一体的な往復動を行う構成とされている。

したがって、パンチ４０は、加工前状態においては、バッキングプレートの下方向への移動によって、パッド３０と共に下方向に移動する。そして、図３に良く示されるように、パッド３０が被加工部材５０に当接すると、パッド３０はコイルスプリング３１の収縮によって被加工部材５０に挟持力を付与する。また、その後は、図４に良く示されるように、パンチ４０のみがバッキングプレートと共に更に下方向に移動し、パンチ４０の押圧面４３によって被加工部材５０のスクラップ５３となる部位に押圧力を付与する。
そして、パンチ４０の押圧面４３によって被加工部材５０に押圧力が付与されると、パンチ４０とダイ２０との位置関係によって（両者間のクリアランスに起因して）、被加工部材５０にはせん断力が付与される。これにより、被加工部材５０の外縁部位面５１には、板厚直交方向の外方向の逃げ力が作用する。しかしながら、このときの被加工部材５０の外縁部位面５１は、拘束部４１の当接面４４に面接触状態となっているため、拘束部４１の当接面４４から抑止力（逃げ力に抗した抑止力）が付与される。したがって、被加工部材５０の外縁部位面５１は、この方向（板厚直交方向の外方向）への移動が拘束される。
更に、被加工部材５０には、上述した逃げ力に加えて、せん断力の付与に伴ってパンチ４０の押圧面４３から跳ね上がろうとする跳ね上がり力が作用する。詳しくは、この跳ね上がり力は、せん断力付与時のパンチ４０（の押圧面４３）とダイ２０との間のクリアランスに起因して、被加工部材５０（切断されてスクラップ５３となる部位）を押圧面４３から跳ね上げる方向に作用する曲げ力によるものである。しかしながら、この跳ね上がり力は、拘束部４１の当接面４４による抑止力（逃げ力に対する抑止力）の作用によって抑止される。すなわち、この抑止力に伴って拘束部４１の当接面４４と被加工部材５０の外縁部位面５１との間に作用する摺動摩擦抵抗力が跳ね上がり力に対する抑止力しても作用する。したがって、被加工部材５０（切断されてスクラップ５３となる部位）は、外縁部位面５１の跳ね上がり方向の移動も拘束される。
このように、本実施例のせん断加工装置１０によれば、加工時（せん断力の付与時）に被加工部材５０が逃げ力や跳ね上がり力によって移動することを抑止されるため、被加工部材５０に付与されるせん断力の作用は、加工時に分散することなく一定の位置に集中的（高精度）に作用する。

続いて、本実施例の使用方法について図１〜図６に基づいて説明する。
始めに、図１に良く示されるように、前処理段階において短手方向の両端面を一定の精度で所定のコイル幅に切断加工（粗加工）された被加工部材５０（図２参照）がダイ２０に載置された状態で、せん断加工装置１０の駆動モータの作動によってパンチ４０が下方に移動する。そして、パッド３０が被加工部材５０の位置に到達すると、バッキングプレートの下方への移動に伴ってコイルスプリング３１が収縮され、被加工部材５０に挟持力が付与される。その後、パンチ４０の下方への移動によって、拘束部４１の下端４２が被加工部材５０の外縁部位面５１に到達すると、拘束部４１のテーパ形状４５によって、被加工部材５０の外縁部位面５１がガイドされながら当接面４４に導入され、面接触状態となる。そして、更にパンチ４０が下方に移動すると、図３に良く示されるように、パンチ４０の押圧面４３が被加工部材５０に当接した状態となる。

次に、図４に良く示されるように、押圧面４３が被加工部材５０に当接した状態から更にパンチ４０が下方向に移動すると、この移動に伴う押圧力の作用によって、被加工部材５０にはせん断力が付与される。このとき、被加工部材５０には、逃げ力や跳ね上がり力が作用するが、拘束部４１の当接面４４において抑止力が作用するため、これら被加工部材５０の逃げ力や跳ね上がり力の作用方向への移動は拘束される。したがって、図２及び図５に良く示されるように、被加工部材５０にはせん断力が一定の位置に集中的（高精度）に作用し、パンチ４０の形状により所定形状の製品５２とスクラップ５３とに切断される。
また、図６に良く示されるように、切断されたスクラップ５３は、そのまま下方に抜き落とされるため、パンチ４０が上方に移動した状態では、ダイ２０には製品５２のみが載置された状態となる。よって、スクラップ５３を排出する処理を行うことなく、製品５２を次の工程に移送することが可能となる。

このように、本実施例のせん断加工装置１０は、パッド３０とダイ２０とによって挟持した被加工部材５０に対し、拘束部４１を備えたパンチ４０を下方に移動させるのみで、被加工部材５０にせん断力を集中的（高精度）に付与することができるため、破断のない滑らかな切断面を得ることができる。すなわち、せん断加工装置１０の構成として、加工時における被加工部材５０の跳ね上がり方向の移動を拘束するためのエジェクタが不要となる。また、切断加工時に各部を複雑に作動させるための油圧制御構造を不用とすることもできる。したがって、従来の油圧式プレス機に代替して一般的なリンクプレス機を適用することが可能となる。よって、かかる構成が簡単になるとともに故障を少なくすることができるため、製造コストを低廉に抑え、品質の安定化を図ることができる。
また、エジェクタの不要な構成であるため、せん断加工によって切断されたスクラップ５３は、そのまま下方に落とすことができる。したがって、スクラップ５３の排出処理にかかる時間や工数を大幅に短縮することができる。すなわち、製品５２の切断面を高精度に仕上げつつ、処理の高速化を図ることができる。
更に、拘束部４１の当接面４４にはテーパ形状４５が形成されているため、被加工部材５０の外縁部位面５１をガイドして当接面４４にスムーズに導入することができる。したがって、被加工部材５０の外縁部位面５１に対する面接触状態を緊密に設定することができるため、抑止力の効果をより一層高めることができる。また、パンチ４０及び拘束部４１は、共に靭性に優れた金属素材によって形成されているため、逃げ力等の負荷により局所的な破壊を発生させるおそれが少なく、抑止力を安定して作用させることができる。

以上、本発明の実施形態を一実施例について説明したが、本発明は上記実施例のほか各種の形態で実施できるものである。
本実施例のせん断加工装置１０によれば、製品５２を高い加工精度で仕上げることができるため、例えば、車両用シートのリクライニング機構に適用される構成部品のように、切断面が摺動面として利用されるようなものに対して特に有効的である。また、このような製品を加工する場合には、例えば、図７及び図８に示す形状のパンチ６０（せん断加工装置１１）が用いられる。このパンチ６０には、両側に離間した位置に拘束部６１が形成されている。また、パンチ６０の中央には、拘束部６１より窪んだ位置に拘束部６３が形成されている。すなわち、拘束部６１，６３は、被加工部材７０の中央が突出形状に切断されることに対応した（段差状の加工形状に対応した）分割形状とされている。なお、拘束部６１，６３には、被加工部材７０の両側の外縁部位面７１及び中央の外縁部位面７４に面接触する当接面６２，６４がそれぞれ設けられており、下端にはテーパ形状が形成されている。したがって、加工時には、図８に良く示されるように、被加工部材７０の外縁部位面７１，７４が当接面６２，６４にそれぞれ面接触した状態となる。すなわち、被加工部材７０がこのような複雑形状の場合であっても、加工時にパンチ６０と拘束部６１，６３とを近接させた状態で加工が行える。したがって、被加工部材７０の加工時には、逃げ力や跳ね上がり力に対する抑止力を一定に作用させることができるため、所定形状の製品７２（スクラップ７３が抜き落とされる）を高精度に仕上げることができる。なお、この場合にも、本発明の前処理手段に相当する前処理装置８１によって、予め被加工部材７０の外縁部位面７１，７４を所定の精度で加工成形することで、高精度なせん断加工が行えるようにしている。
また、本実施例においては、せん断加工装置１０に一般的なリンクプレス機を適用したものを示したが、油圧式プレス機を用いたものであっても構わない。更に、本実施例においては、被加工部材５０にせん断力を付与して切断加工するものを示したが、曲げ加工や絞り加工に適用した場合であっても、高精度にせん断力を付与して加工処理を行うことができる。

Claims (5)

1. 板状の被加工部材をダイとパッドとで挟持した状態で、パンチにより被加工部材の所定部位を所定形状に加工するせん断加工装置であって、
   前記せん断加工装置には、前記被加工部材を前記ダイと前記パッドとで挟持した状態で、前記被加工部材の加工すべき所定部位の外縁部位面に接触して配置されて前記外縁部位面の板厚直交方向の外方向の移動を拘束する拘束部を一体的に有するパンチを設け、
   せん断加工時の被加工部材の外縁部位面の移動を拘束することを特徴とするせん断加工装置。
2. 請求項１に記載のせん断加工装置であって、
   前記ダイの下方に前記被加工部材を配置し、該被加工部材の更に下方に前記パッドを配置したことを特徴とするせん断加工装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のせん断加工装置であって、
   前記拘束部には、先端に向かって細くなるテーパ形状が形成されていることを特徴とするせん断加工装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のせん断加工装置であって、
   前記せん断加工装置は、前記パンチにより被加工部材の所定部位を所定形状に加工する前段階において前記被加工部材の前記加工すべき所定部位の外縁部位面を所定の精度で加工成形する前処理手段を有することを特徴とするせん断加工装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のせん断加工装置であって、
   前記拘束部は、前記被加工部材の段差状の加工形状に対応した分割形状とされていることを特徴とするせん断加工装置。

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