JPWO2017057466A1 - プレス金型による切断加工方法 - Google Patents

Abstract

本開示に係るプレス金型による切断加工方法は、第１金属板と第２金属板とが溶接部にて接合されるとともに該溶接部の周りに熱影響部がある被加工材を、パンチを用いて切断する方法である。パンチは、平坦部と、この平坦部よりも前記被加工材側へ向けて突出した突出部を有し、前記平坦部による前記被加工材の切断に先行して前記突出部による前記熱影響部又は前記溶接部の少なくとも一方の剪断が開始される位置に前記被加工材を前記パンチに対して位置決めし、この位置決め状態で前記パンチとダイとを相対移動して、前記被加工材における前記溶接部を横断するように剪断して切断する。

Description

本開示は、第１金属板と第２金属板とが溶接部で接合されてなる被加工材を、溶接部を横断するように剪断して切断するプレス金型による切断加工方法に関する。

プレスによる金属薄板の打抜きや穴抜きなどの剪断加工は、生産効率が高く、また、加工コストが安価であることから、電子機器や自動車用部品などの加工に広く用いられている。ただし、上記剪断加工を用いると、引張強度が１０００ＭＰａを超える高強度の鋼板では、打抜き端部の残留応力が高くなり、水素脆化割れ（置割れ又は遅れ破壊とも呼ばれる）が生じ易くなり、かつ疲労特性が低下するという問題がある。

また、同種又は異種の鋼板を溶接によって接合した被加工材を剪断加工する場合、溶接部及び熱影響部（以下「ＨＡＺ部」ということがある。）の剪断加工面では、耐水素脆化特性及び疲労特性が、低下することが知られている。

打抜き加工が施された後の被加工材の打抜き端面は、被加工材がパンチにより押し込まれて形成されるダレや、パンチとダイの間の空間（以下、単に「クリアランス」ということがある。）内に被加工材が引き込まれ局所的に引き延ばされて形成される剪断面や、剪断面形成途中に被加工材が破断して形成される破断面や、被加工材の打抜き裏面に発生するバリが存在する。

通常、上述の打抜き端面におけるダレや剪断面や破断面やバリの発生量を所要の値にする、あるいは伸びフランジ性や疲労特性や耐水素脆化特性等の加工後の端面特性を向上させることを狙ってクリアランスや工具形状の調整を行う。

例えば、日本国特許出願公開２００６−２２４１５１号公報（以下、特許文献１という。）には、ポンチ及び／又はダイの切刃部の先端部に凸部の形状を有する曲げ刃を有し、かつ、所定の曲率半径、刃肩部角度を有する工具を用いて、クリアランスを２５％以下とすることにより、加工後の端面における加工硬化及び引張残留応力を低減できることが開示されている。

また、「第６３回 塑性加工連合講演会 講演論文集、３３８頁」（以下、非特許文献１という。）には、クリアランスを、厚さ比で１％以下として、高い圧縮応力下で剪断加工を行い、抜き面における引張残留応力を低減することが報告されている。日本国特許出願公開２０１４−１１１２８３号公報（以下、特許文献２という。）には、延性に優れた方向と、楔形状のパンチの刃先方向を１０度以下にして、バーリング性に優れる穴抜き加工を行う手法が紹介されている。

剪断加工を制御して、剪断加工面の残留応力を低減することができれば、水素脆化特性や疲労特性を向上させることができる（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。しかし、特許文献１の方法で形成した均一な端面性状を有する抜き面には難点がある。即ち、パンチ形状を切断稜線方向に均一とした場合、剪断端面の残留応力が高く延性や靭性の低い溶接部や熱影響部で割れが発生し易いという問題点がある。

しかし、非特許文献１の方法のように、クリアランスを、厚さ比で１％以下とした場合、パンチの僅かなずれによって、かじりが発生する。また、パンチやダイの側面の摩耗によってクリアランスが変化した際、剪断加工面の残留応力が高く疲労特性の向上効果や耐水素脆化特性の向上効果が十分に得られないという問題点がある。

本開示は、被加工材の溶接部及び熱影響部の少なくとも一方における剪断加工面の残留応力を低減することができるプレス金型による切断加工方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第１金属板と第２金属板とが溶接部にて接合されるとともに該溶接部の周りに熱影響部がある被加工材を、平坦部より前記被加工材側へ向けて突出した突出部を有するパンチに対して、前記平坦部による前記被加工材の切断に先行して前記突出部による前記熱影響部及び前記溶接部の少なくとも一方の切断が開始される位置に位置決めし、この位置決め位置で前記パンチとダイとを相対移動して、前記被加工材における前記溶接部を横断するように剪断して前記被加工材を切断する。

本開示によれば、被加工材の溶接部又は熱影響部の剪断加工面において、残留応力を低減することができる。

第１実施形態の切断加工装置を示す概略斜視図である。 第１実施形態の切断加工装置を示す図１のＺ方向に見た概略正面図である。 第１実施形態の切断加工装置を示す図１のＹ方向に見た概略側面図である。 第１実施形態の切断加工装置を示す図１のＸ方向に見た概略上面図である。 第１実施形態のパンチを示す図１のＺ方向に見た概略正面図である。 第１実施形態に係るパンチの突出部と被加工材との関係を説明する図５の拡大図である。 第１実施形態に係る突出部を説明する図６の拡大図である。 第１実施形態に係る突出部を説明する図１のＹ方向に見た概略側面図である。 パンチに対して被加工材の第２金属板側を位置決めする際の説明に用いる図６と同様の図である。 パンチに対して被加工材の第１金属板側を位置決めする際の説明に用いる図６と同様の図である。 第１実施形態に係るパンチの突出部が第１熱影響部の一部と溶接部と第２熱影響部の一部とを剪断している状態を説明する概略正面図である。 第１実施形態に係るパンチの突出部が溶接部の一部と第２熱影響部とを剪断している状態を説明する概略正面図である。 第１実施形態に係るパンチの突出部が第２熱影響部の一部を剪断している状態を説明する概略正面図である。 第２実施形態に係る突出部の形状を説明する概略正面図である。 第３実施形態に係る突出部の形状を説明する概略正面図である。 第４実施形態に係る突出部の形状を説明する概略正面図である。 第５実施形態に係る突出部の形状を説明する概略正面図である。 第６実施形態に係る突出部の形状を説明する概略正面図である。 第７実施形態に係る突出部の形状を説明する概略側面図である。 第８実施形態に係る突出部の形状を説明する概略側面図である。 突出部の刃先部の中心から第２境界線までの離間距離に対する第２境界線での残留応力を示す線図である。

始めに、本発明者らは、圧延した二種類の金属板を溶接して接合した被加工材を平坦なパンチとダイとで剪断加工し、剪断加工面の残留応力について調査した。その結果、溶接部や熱影響部では、他の部分（一般部）と同等、もしくはそれ以上の引張残留応力が残留することがわかった。

溶接部及び熱影響部においては、溶接時は入熱で結晶粒が粗大化し、延性及び靭性が低下している。このため、剪断加工によって、剪断加工面（打抜き端面）に引張応力が残留すると、当該剪断加工面において、亀裂が容易に発生する恐れがある。したがって、溶接部又は熱影響部の少なくとも一部の剪断加工面に残留する引張応力を低減すれば、剪断加工面における亀裂の発生及び水素脆化割れを抑制することができる。

そして、本発明者らは、パンチに突設された突出部を設け、平坦部に先行して被加工材の溶接部又は熱影響部の少なくとも一部の領域内にこの突出部を挿入して被加工材を剪断加工すると、亀裂の発生及び水素脆化割れの発生を効果的に抑制できることを見出した。これを実施するためのプレス金型による切断加工方法について以下に説明する。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態に係るプレス金型による切断加工方法を実施するため切断加工装置１０を示す図である。図２は、図１に示した切断加工装置１０の正面を示し、図３は、図１に示した切断加工装置１０の側面を示している。また、図４は、図１に示した切断加工装置１０の上面を示し、図５は、パンチ２４の正面を示している。各図中、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交する三軸を示している。

切断加工装置１０は、例えば図１〜５に示したように、板状の被加工材１２をパンチ２４とダイ２０とで剪断して切断する装置である。なお、切断加工装置１０の構成の詳細については、説明の便宜上、後述する。切断対象となる被加工材１２は、例えば図２に示したように、圧延で板状に成形された第１金属板１４と第２金属板１６とが突き合せ部分で溶接されて接合された金属板である。突き合わせ部分である第１金属板１４と第２金属板１６との間の部分には、溶接部１８が形成されている。この溶接部１８の周り（溶接部１８のＹ方向両側）には、熱影響部３０，３２が形成されている。溶接部１８および熱影響部３０，３２の詳細な構成については説明の便宜上、後述する。
突き合せ部分の溶接としては、例えばアーク溶接等の融接、アプセット溶接やフラッシュ溶接を含む抵抗溶接等の圧接を用いることができる。

この被加工材１２は、突き合せ部分の溶接に限らず、例えば第１金属板１４と第２金属板１６とがマッシュシーム溶接や摩擦撹拌接合など各種接合方法により接合された金属板であってもよい。
また、溶接方法にかかわらず第１金属板１４と第２金属板１６とは、同種の金属板であっても、異種の金属板であってもよい。異種の金属板を溶接により接合したテーラードウェルディッドブランク（ＴＷＢ：Ｔａｉｌｏｒｅｄ Ｗｅｌｄｅｄ Ｂｌａｎｋｓ）では、強度や防錆などの目的に適合したプレス素材となる。

被加工材１２の素材としては、鋼板に限らず、例えば、鉄、銅、亜鉛、スズ、アルミニウム、チタン、マグネシウム、又は、それらを基とする合金が挙げられる。被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２は、剪断加工が可能な厚さであればよく、特定の厚さに限定されない。また、第１金属板１４と第２金属板１６とで厚さが異なっても良い。

なお、冷間の剪断加工においては、製品の寸法精度を保つ観点から、被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２は、６．０ｍｍ以下であることが好ましい。特に、製品の寸法精度が高く要求される場合、被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２は、３．０ｍｍ以下であることがより好ましい。
一方、被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２が薄くなりすぎると溶接による接合が不安定になるため、被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。また、厚み寸法Ｔ１２は、０．５ｍｍ以上であることがより好ましい。

この被加工材１２は、例えば自動車、家電製品、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント等で用いられる。

また、この被加工材１２としては、プレスによる打抜き又は穴抜きの剪断加工を行った後、その剪断部の穴拡げ加工又はフランジアップ加工の対象となる、冷間圧延板などが挙げられる。

図６に示すように、被加工材１２には、先述した溶接部１８と熱影響部３０，３２とが形成されている。溶接部１８とは、溶融された第１金属板１４と第２金属板１６とが再び凝固した部分である。熱影響部（ｈｅａｔ−ａｆｆｅｃｔｅｄ ｚｏｎｅ）３０，３２とは被加工材１２のうち、溶接部１８が形成される際に加えられた熱により、溶融しなかったものの組織、や（冶）金的性質、機械的性質などに変化が生じた部分をいう（ＪＩＳ規格 溶接用語（ＪＩＳ Ｚ ３００１番号１１２０２参照））。

本実施形態においては説明の便宜上、溶接部１８の一方Ｓ１側である第１金属板１４の熱影響部を第１熱影響部３０とし、他方Ｓ２側である第２金属板１６の熱影響部を第２熱影響部３２とする。

この被加工材１２において、Ｙ軸方向の一方Ｓ１の縁１２Ａの座標をＸ０とし、Ｘ０から第１熱影響部３０と溶接部１８との第１境界線３４までの距離をＸ１とする。また、Ｘ０から溶接部１８と第２熱影響部３２との第２境界線３６までの距離をＸ２とする。

次いで、切断加工装置１０の詳細な構成について説明する。切断加工装置１０は、例えば図１〜図４に示したように、直方体形状のダイ２０を備えている。ダイ２０の上面には、被加工材１２が載置される。このダイ２０の上部には、ストッパー２２が配置されている。このストッパー２２も、ダイ２０と略同様の直方体形状に形成されている。ストッパー２２は、そのＺ軸方向側の面である前面２２Ａがダイ２０の前面２０Ａと、Ｚ軸方向において同一の平面上に位置するように配置されている。このストッパー２２は、例えば図示しない昇降機構によって昇降され、ダイ２０の上面にセットされた被加工材１２を上から押えて固定する。

ストッパー２２の前面２２Ａ側には、パンチ２４が設けられている。パンチ２４は、直方体形状に形成されており、Ｙ軸方向の幅寸法がストッパー２２及びダイ２０の幅寸法と略同寸法に設定されている。このパンチ２４は、図示しない駆動機構によってストッパー２２の前面２２Ａ及びダイ２０の前面２０Ａに沿ってＸ軸方向である上下方向に駆動される。これによりパンチ２４は、被加工材１２がダイ２０とストッパー２２とで挟持された状態において、ダイ２０より延出した被加工材１２の延出部分を、パンチ２４とダイ２０とで剪断して切断できるように構成されている。

パンチ２４のＸ軸方向下面は、図５に示したように、平坦に形成されている。この平坦な下面を平坦部２６とする。平坦部２６のＹ軸方向である幅方向の中央（この実施形態では図７においてパンチ中心線ＰＣで図示）には、被加工材１２側へ向けて突出した突出部２８が形成されている。この被加工材１２は、例えば図７及び図８に示すように、平坦部２６に対してＸ軸方向下方に配置され、後述のダイ２０にセットされる。図８に示すように、突出部２８は、Ｚ軸方向である前後方向に延在する突条を成している。なお、この突出部２８は、パンチ２４に複数設けられていてもよい。

この突出部２８は、例えば図７に示したように、Ｘ軸方向上側である平坦部２６側の基端Ｘａ、ＸｃからＸ軸方向下方である突出方向へ向かうに従ってＹ軸方向の幅寸法Ｗ２８’が狭くなる楔形状に形成されている。すなわち、この突出部２８は、パンチ２４の移動方向（Ｘ軸方向）に対して直交方向で切断したときの断面積が平坦部２６側の基端部から先端の刃先部２８Ａに向かうに従って小さくなる。

ここで楔形状とは、一端が厚く、他端に向かって薄くなる刃形をいう。本実施形態においては、この刃形の刃先は、尖っていても平坦でもよい。

楔形状に形成された突出部２８は、Ｙ軸方向一方の側面を形成する一面２８Ｂと、他方の側面を形成する他面２８Ｃとを有している。一面２８Ｂ及び他面２８Ｃは、平坦面で構成されており、平坦部２６から先端部Ｘｂ側へ向かうに従って、パンチ中心線ＰＣ側へ傾斜している。ここで「パンチ中心線ＰＣ」とは、パンチ２４のＹ軸方向の中心を通り、Ｘ軸方向へ延在する仮想線のことである。また「先端部Ｘｂ」は刃先部２８ＡのＹ軸方向中心の箇所であり、パンチ中心線ＰＣ上に位置している。一面２８Ｂと他面２８Ｃとは、突出部２８の先端部Ｘｂ側で平坦な刃先部２８Ａを介して繋がっている。

突出部２８の前端面２８Ｄは、例えば図８に示したように、パンチ２４の前面２４ＡにＸ軸方向下方へ連続して形成されている。この前端面２８Ｄは、Ｚ軸方向から見て、Ｘ軸方向下方へ向けて突出した二等辺三角形状（図７参照）である。また、突出部２８の後端面２８Ｅも同様に、パンチ２４の後面２４Ｂに連続して形成されている。また、Ｚ軸方向から見た形状は、Ｘ軸方向下方へ向けて突出した二等辺三角形状である。

突出部２８は、平坦部２６からＸ軸方向下方へ少しでも突出していればよい。そのような構成により、後述するように平坦部２６による被加工材１２の切断に先行して、突出部２８により被加工材１２の切断が開始される。本発明はこのような構成を有することにより、剪断加工面の残留応力低減効果を得ることができる。

さらに剪断加工面の残留応力低減効果を得るためには、例えば図７に示したように、平坦部２６からの突出部２８の突出寸法Ｈを、切断対象となる被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２（図６参照）の１０％以上とすることが好ましい。また、突出寸法Ｈを被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２の５０％以上とすることがより好ましい。

なお、この突出寸法Ｈは、大きいほど剪断加工面の残留応力低減効果は得られるが、パンチ２４が上昇位置にあるときに、セットされる被加工材１２との干渉を防ぐ都合上、その上限は自ずと制限される。

また、刃先部２８Ａの欠損を防止するためには、次に示す条件を満たすことが好ましい。すなわち、突出部２８の一面２８Ｂと他面２８Ｃとの成す角度αは、１０度以上であることが好ましい。１０度未満であると刃先部２８Ａに応力が集中し、刃先部２８Ａの欠損のおそれがあるためである。

また、角度αは、剪断応力を集中させる面からは１７０度以下とすることが好ましく、１２０度以下とすることがより好ましい。さらに、角度αは、８０度以下であることがより一層好ましい。

被加工材１２と突出部２８との位置関係、および、突出部２８の平坦部２６側における基端部Ｘａと基端部Ｘｃ間の幅寸法Ｗ２８については、以下に示すように、定めるものとする。

先端部Ｘｂを溶接部１８のＹ軸方向中心に当接して剪断する際、被加工材１２と突出部２８との位置関係を以下の条件とすることにより、剪断加工面の残留応力低減効果を溶接部１８及び熱影響部３０、３２において得ることができる。

幅寸法Ｗ２８については溶接部１８の幅寸法Ｗ１８に基づいて定める。まず、図７に示したように、突出部２８の一面２８Ｂと平坦部２６とが互いに交わる基端部Ｘａを第１基端部Ｘａとし、突出部２８の他面２８Ｃと平坦部２６とが互いに交わる基端部Ｘｃを第２基端部Ｘｃとする。また、第１基端部Ｘａからパンチ中心線ＰＣまでの距離を第１幅寸法Ｗ１とし、第２基端部Ｘｃからパンチ中心線ＰＣまでの距離を第２幅寸法Ｗ２とする。この第１幅寸法Ｗ１と第２幅寸法Ｗ２とを加算した幅寸法を幅寸法Ｗ２８とする。本実施形態における幅寸法Ｗ２８は、例えば図６に示した溶接部１８の幅寸法Ｗ１８より大きくすることとする（Ｗ２８＝（Ｗ１＋Ｗ２）＞Ｗ１８）。

ここで、溶接部１８以外の剪断面の端面性状を維持し、剪断加工面の残留応力低減効果を得るためには、α＜１７０度かつ、Ｗ２８＝（Ｗ１＋Ｗ２）＜５×Ｔ１２（被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２）となる範囲で設定することが望ましい。さらに望ましくはα＜１２０度かつ、Ｗ２８＝（Ｗ１＋Ｗ２）＜５×Ｔ１２（被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２）となる範囲で突出部２８の基端部での幅寸法Ｗ２８を設定する。

楔形状の刃先部２８Ａは、例えば図７に示したように、平坦に形成されている。この刃先部２８ＡをＸ軸方向下側から見た面は、長方形である。刃先部２８Ａの先端は鋭角であると、刃先部２８Ａに応力が集中することによりチッピングが生じ破損する恐れがある。そこで、刃先部２８Ａを平坦とすることで、刃先部２８Ａの破損を防止しパンチ２４を保護することができる。

この刃先部２８ＡのＹ軸方向の幅寸法Ｈ２８は、被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２（図６参照）の１％以上であることが好ましい。幅寸法Ｈ２８が厚み寸法Ｔ１２の１％以上であることにより、刃先部２８Ａへの過度の応力集中が防がれる。このため、刃先部２８Ａの破損を防ぐことができる。また、突出部２８の基端部における幅寸法Ｗ２８は、幅寸法Ｗ１８と幅寸法Ｗ３０と幅寸法Ｗ３２との合計幅より小さいことが好ましい。幅寸法Ｗ２８がそのような値であることにより、突出部２８は被加工材１２のせん断の際に、溶接部１８と熱影響部３０、３２の幅方向全ての領域に重なることがない。このため、剪断面における残留応力低減効果を溶接部１８及び熱影響部３０、３２に少なくともいずれかの領域において確実に得ることができる。

また、突出部２８の刃先部２８Ａの形状は、図１５、１６を用いて後述するように湾曲した形状（Ｒ形状）でもよい。刃先部２８Ａを湾曲した形状にすることで応力の集中を防ぎ、刃先部２８Ａの破損を防止することができる。

そして、例えば図８に示したように、パンチ２４の後面２４Ｂとダイ２０の前面２０Ａとの間隙を形成するクリアランス３８は、以下に示す通り被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２の０．５％以上２５％以下の寸法とすることが好ましい。

クリアランス３８が、被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２の０．５％未満であると、突出部２８の先端部にチッピングが生じ破損する虞があるので、クリアランス３８は、被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２の０．５％以上とすることが好ましい。このクリアランス３８は、１．０％以上とすることがより好ましい。

一方、クリアランス３８が、被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２の２５％を超えると、被加工材１２の湾曲が大きくなり、バリが発生し易くなる。このため、クリアランス３８は、被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２の２５％以下とする。このクリアランス３８は、１５％以下とすることがより好ましい。

この切断加工装置１０を用いて本実施形態に係るプレス金型による切断加工方法を実施する際には、ダイ２０の上面２０Ｂに被加工材１２をセットし、被加工材１２をＺ軸方向へスライドして剪断部分をダイ２０から張り出すとともに剪断位置をダイ２０の前縁２０Ｃに合わせる（セット工程）。

このとき、はじめに図９Ａに示すように、突出部２８の第１基端部Ｘａが第２金属板１６の第２熱影響部３２と一般部１６Ａとの境界３２Ａよりも第１金属板１４側に位置するように、被加工材１２をパンチ２４に対して位置決めする。本実施形態における「一般部」とは、被加工材１２のうち、溶接の影響を受けていない部分、すなわち熱影響部のＹ軸方向外側の部分を示す。これにより、パンチ２４の平坦部２６による被加工材１２の切断に先行して、突出部２８により、被加工材１２の少なくとも溶接部１８及び熱影響部３０、３２の少なくとも一方の切断が開始される。なお、本実施形態における「切断の開始」とは、パンチ２４と被加工材１２との接触を意味する（ダレの発生）。
同様に、図９Ｂに示すように、パンチ２４の第２基端部Ｘｃが第１熱影響部３０と一般部１４Ａとの境界３０Ａよりも第２金属板１６側に位置されるように、被加工材１２をパンチ２４に対して位置決めする。すなわち、第１基端部Ｘａ又は第２基端部Ｘｃのいずれか一方が被加工材１２の境界３０Ａから境界３２Ａの範囲内に位置するように被加工材１２をパンチ２４に対して位置決めすればよい。

ここで、素材の組合せが同じ金属板１４、１６をそれぞれ同一条件で溶接して被加工材１２を複数形成した場合、その溶接部１８や各熱影響部３０、３２の幅寸法は、異なる被加工材１２間でほぼ同寸法となることがわかっている。

このため、切断対象となる被加工材１２の標準サンプルにおいて、溶接部１８や各熱影響部３０、３２のＹ軸方向における位置や幅寸法を予め計測しておけばよい。そして、この計測結果を用いてパンチ２４の突出部２８と被加工材１２のＹ軸方向との位置合わせを行う。

この位置決め状態において、駆動機構を作動してパンチ２４を下降させてパンチ２４をダイ２０に対して相対移動する。そして、被加工材１２における溶接部１８を横断するように当該被加工材１２を剪断して切断する（切断工程）。なお、パンチ２４に対してダイ２０を移動してもよい。

この切断工程では、突出部２８の刃先部２８Ａがダイ２０及びストッパー２２で固定された被加工材１２に当接する。このとき、あらかじめ第１基端部Ｘａ又は第２基端部Ｘｃのいずれか一方が被加工材１２の境界３０Ａから境界３２Ａの間に位置するように被加工材１２が位置決めされていることにより、パンチ２４が下降すると、突出部２８は熱影響部３０、３２および溶接部１８の少なくとも１か所に挿入される。そして突出部２８は熱影響部３０、３２および溶接部１８の少なくとも１か所に応力を作用させながら被加工材１２を剪断していく。この際、突出部２８の刃先部２８Ａに応力が集中するため、刃先部２８ＡはＸ軸方向下方に被加工材１２へ圧力を加えながら被加工材１２に挿入されていく。被加工材１２の突出部２８に接触する領域は、突出部２８を介してＸ軸方向下側へ作用する応力により剪断されるものの、その剪断される箇所周辺では、作用する応力が限られており、塑性変形が小さい。このため、被加工材１２の突出部２８に剪断される領域は、その周囲の被加工材１２によって拘束された状態で剪断が進行する。このため、突出部２８に接触する領域では、延性破壊亀裂の生成が遅れるためせん断面領域が拡大し、引張残留応力が軽減される。このように、パンチ２４の平坦部２６による被加工材１２の切断に先行して、突出部２８は被加工材１２を剪断していく。

そして、パンチ２４の下降に伴って平坦部２６は被加工材１２に当接し、被加工材１２を押圧する。これにより、被加工材１２は、押圧で生じる応力により下方に歪んで湾曲するとともに、湾曲状態でパンチ２４の平坦部２６とダイ２０とによる剪断作用を受けて切断される。

このとき、被加工材１２の一部は、平坦部２６による被加工材１２全体の切断に先行して突出部２８により剪断され、せん断面領域が拡大する。このため、パンチ２４の平坦部２６のみで被加工材１２を切断する場合と比較して、剪断加工時、熱影響部３０、３２および溶接部１８の少なくとも１か所に残留する引張応力を大幅に低減することができる。その結果、剪断加工後の剪断加工面において、水素脆化割れの発生及び疲労亀裂の発生を抑制することができる。

したがって、例えば１０００ＭＰａを超える剪断加工面の残留応力が高くなりやすい高強度の鋼板や、テーラードウェルディッドブランク（ＴＷＢ）であっても、水素脆化割れの発生や疲労亀裂の発生を抑制することができる。

また、例えばパンチ２４とダイ２０との間のクリアランス３８が例えば１０％以上である等、ある程度大きな場合でも、引張特性、疲労特性、及び、耐水素脆化特性に優れた剪断加工面を形成することができる。

ここで、突出部２８の基端部での幅寸法Ｗ２８は、溶接部１８の幅寸法Ｗ１８より大きく設定されている。このため、例えば図１０に示すように、平坦部２６による被加工材１２の切断に先行して突出部２８で溶接部１８と溶接部１８に隣接した第１熱影響部３０の少なくとも一部及び第２熱影響部３２の少なくとも一部とを切断することができる。これにより、溶接部１８、第１熱影響部３０、及び第２熱影響部３２での剪断加工面に残留する引張応力を低減することができ、水素脆化割れの発生及び疲労亀裂の発生を効果的に抑制することができる。

なお、溶接部１８又は１熱影響部３０又は第２熱影響部３２の少なくともいずれかの一部を突出部２８が平坦部２６による切断に先行して切断すれば、剪断加工面の残留応力を低減することができ、水素脆化割れの発生及び疲労亀裂の発生を抑制することができる。

例えば、図１１に示すように、突出部２８の刃先部２８Ａ中心と、溶接部１８及び第２熱影響部３２間の第２境界線３６とが一致するように被加工材１２を位置決めしておけば、確実に溶接部１８と第２熱影響部３２とを先行して剪断することができる。これにより、剪断加工面における残留応力を低減し第２境界線３６での疲労亀裂の発生を抑制することができる。

また、例えば図１２に示すように、パンチ２４の突出部２８が例えば第２熱影響部３２の一部を平坦部２６による切断に先行して剪断すれば、剪断加工面において、第２熱影響部３２での残留応力を低減し疲労亀裂の発生を抑制することができる。

そして、平坦部２６からの突出部２８の突出寸法Ｈは、切断対象となる被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２の５０％以上とされている。これにより、突出部２８での剪断による効果が高まる。

なお、本実施形態及び以下で説明する第２実施形態〜第８実施形態では、突出寸法Ｈを厚み寸法Ｔ１２の５０％以上としたが、突出寸法Ｈを厚み寸法Ｔ１２の１０％以上とすれば、突出部２８による剪断加工面の残留応力低減効果を得られる。

また、突出部２８の一面２８Ｂと他面２８Ｃとの成す角度αは、１０度以上とされており、刃先部２８Ａの欠損が防止される。また、この角度αは、１０度以上８０度以下とされている。これにより、刃先部２８Ａの欠損を抑制しつつ、突出部２８の基端部での幅寸法Ｗ２８を確保することができる。

なお、本実施形態及び以下で説明する第２実施形態〜第８実施形態では、この角度αを１０度以上８０度以下としたが、これに限定されるものではない。例えば、角度αの上限は、１２０度以下としたり、１７０度以下としたりすることができる。

また、本実施形態及び以下で説明する第２実施形態〜第８実施形態では、突出部２８を楔形状とすることで、刃先部２８Ａの被加工材１２への挿入を容易としたが、この形状に限定されるものではない。例えば矩形状の突出部２８であっても剪断加工面の残留応力低減効果を得ることができる。

（第２実施形態）
図１３は、本開示の第２実施形態を示す図であり、第１実施形態と同一又は同等部分については、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態では、第１実施形態と突出部２８の形状が異なる。本実施形態に係る突出部２８は、一面２８Ｂと平坦部２６とが互いに交わる第１基端部Ｘａからパンチ中心線ＰＣまでの第１幅寸法Ｗ１が、パンチ中心線ＰＣから他面２８Ｃと平坦部２６とが互いに交わる第２基端部Ｘｃまでの第２幅寸法Ｗ２より短くなるように設定されている（Ｗ１＜Ｗ２）。

この場合、水素脆化割れを抑制したい狙いの位置（最も水素脆化割れが激しいと予想される位置）に突出部２８の刃先部２８Ａ中心を配置し剪断して切断することが望ましい。

このように、第１幅寸法Ｗ１と第２幅寸法Ｗ２とが異なる場合であっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図１４は、本開示の第３実施形態を示す図であり、第１実施形態と同一又は同等部分については、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態では、第１実施形態と突出部２８の形状が異なる。本実施形態に係る突出部２８は、一面２８Ｂ及び他面２８Ｃが内側に後退した湾曲面で構成されており、刃先部２８Ａが鋭角を成している。

本実施形態であっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この突出部２８では、刃先部２８Ａの先端に近い位置で、残留応力を低下し水素脆化割れの発生及び疲労亀裂の発生をより効果的に抑制することができるが、先端から離れた位置での効果の低下が大きい。

（第４実施形態）
図１５は、本開示の第４実施形態を示す図であり、第１実施形態と同一又は同等部分については、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態では、第１実施形態と突出部２８の形状が異なる。本実施形態に係る突出部２８は、一面２８Ｂ及び他面２８Ｃが外側へ膨出した湾曲面で構成されており、突出部２８の先端の刃先部２８Ａが曲面で構成されている。

本実施形態であっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、刃先部２８Ａでの破損防止効果を高めることができる。さらに、突出部２８の基端部での幅寸法Ｗ２８（Ｗ２８＝Ｗ１＋Ｗ２）の範囲内でより均一な引張残留応力の低減効果が得られる。

（第５実施形態）
図１６は、本開示の第５実施形態を示す図であり、第１実施形態と同一又は同等部分については、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態では、第１実施形態と突出部２８の形状が異なる。本実施形態に係る突出部２８は、先端の刃先部２８Ａが先端側に突出した曲面で構成されており、Ｒ付けされている。

本実施形態であっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、刃先部２８Ａの曲率半径（Ｒ）が大きいほど刃先部２８Ａの損傷を軽減することができる。一方、曲率半径（Ｒ）が小さいほど引張残留応力の低減効果が得られる。

（第６実施形態）
図１７は、本開示の第６実施形態を示す図であり、第１実施形態と同一又は同等部分については、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態では、第１実施形態と突出部２８の形状が異なる。本実施形態に係る突出部２８は、刃先部２８Ａに面取りが施されており、刃先部２８Ａの端面が平坦部２６に平行した平行線２６Ａに対して角度β傾斜している。

本実施形態であっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、端面の角度βにかかわらず、刃先部２８Ａの損傷の抑制効果が得られる。また、第５実施形態のように刃先部２８Ａを曲面で構成するＲ付と組み合わせて実施しても良い。

（第７実施形態）
図１８は、本開示の第７実施形態を示す図であり、第１実施形態と同一又は同等部分については、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態では、第１実施形態と突出部２８の形状が異なる。本実施形態に係る突出部２８は、突出寸法Ｈがダイ２０からＺ軸方向へ離れるに従って小さくなるように傾斜しており、平坦部２６に平行する平行線２６Ａに対する突出部２８の稜線の傾斜角度は、傾角γに設定されている。

本実施形態であっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、突出部２８の稜線の傾角γが大きいほど、残留応力の低減効果が高くなるが、刃先部２８Ａの損傷のリスクが高くなる。

（第８実施形態）
図１９は、本開示の第８実施形態を示す図であり、第１実施形態と同一又は同等部分については、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態では、第１実施形態と突出部２８の形状が異なる。本実施形態に係る突出部２８は、突出寸法Ｈがダイ２０からＺ軸方向へ離れるに従って小さくなるように構成されている。突出部２８の突出寸法Ｈの減少量は、ダイ２０から離れる方向へ向かうに従って小さくなり、突出部２８の稜線は、Ｚ軸方向である長さ方向で湾曲している。

本実施形態であっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、第７実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、第１〜第８実施形態では、被加工材１２を切断する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ダイ２０の上面２０Ｂに開口部を設けるとともにパンチ２４を開口部へ挿入可能な形状とすることで、パンチ２４とダイ２０との剪断力によって被加工材１２に穴を開けることができる。このとき、被加工材１２を製品としても、打ち抜かれた部材を製品としてもよい。

次に、本開示の実施例について説明する。

（実施例）
被加工材１２として、７８０ＭＰａ級鋼板と、１１８０ＭＰａ級鋼板を溶接した鋼板（以下「７８０−１１８０材」という。）を用いた。被加工材１２の厚み寸法Ｔ１２は１．６ｍｍとした。

剪断には、第１実施形態の図１〜図４に示した切断加工装置１０を用いた。切断加工装置１０のプレス機構としては、サーボプレス機を用い、パンチ２４の下降速度を１００ｍｍ／秒とした。パンチ２４の突出部２８の形状は、第６実施形態で図１６に示したように、刃先部２８Ａを曲面で構成するＲ付き形状とした。突出部２８は、Ｗ１＝２ｍｍ、Ｗ２＝２ｍｍ、Ｈ＝２ｍｍとし、クリアランス３８は、被加工材１２の厚さ寸法（１．６ｍｍ）の１０％とした。なお、被加工材１２については、図６に付した符号を用いて説明する。

突出部２８の刃先部２８Ａ中心に被加工材１２の第２境界線３６を合わせた位置（ａ＝０）から刃先部２８Ａ中心に対して第２境界線３６が３ｍｍずれた位置（ａ＝３）までの範囲において、刃先部２８Ａ中心に対して被加工材１２を一方Ｓ１側へ０．３ｍｍずらす毎に剪断加工して剪断加工材を取得した。

剪断加工後、各剪断加工材の剪断加工面の溶接部１８における残留応力を測定した。また、剪断加工後の水素脆化特性を調べるために１ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌの濃度のチオシアン酸液に浸漬する浸漬試験を行った。

図２０に剪断加工後の剪断加工面の残留応力測定結果を示す。横軸は、突出部２８の刃先部２８Ａの中心の位置と、溶接部１８及び第２熱影響部３２の第２境界線３６との被加工材１２の幅方向（Ｙ軸方向）に沿った離間距離を示す。縦軸は、剪断加工面における第２境界線３６での残留応力の測定値を示している。

ここで残留応力は、剪断加工面についてＸ線回折法により格子間距離の変化を測定することにより求めた。

その結果、突出部２８の刃先部２８Ａの中心の位置を第２境界線３６に一致させて剪断した際の残留応力が最も小さかった。また、第２境界線３６が突出部２８の刃先部２８Ａの中心の位置から離れるに従って残留応力が大きくなり、ａ＝２ｍｍまでは残留応力の低減効果が顕著に現れた。

表１に、チオシアン酸アンモニウムによる浸漬試験の結果を示す。

突出部２８を備えず平坦部２６のみのパンチ２４で剪断を行った試験では、１ｇ／Ｌ以上の濃度のチオシアン酸アンモニウムに７２時間浸漬した後、溶接部１８と第２熱影響部３２との第２境界線３６において水素脆化割れが見られた。一方、パンチ２４に突出部２８を設けることで水素脆化割れの発生が抑制された。

このとき、突出部２８の刃先部２８Ａの中心の位置と第２境界線３６との離間距離に応じて突出部２８による効果が異なる。突出部２８の刃先部２８Ａの中心の位置と第２境界線３６との離間距離が小さいほど水素脆化割れの抑制効果が大きく、より高い濃度のチオシアン酸アンモニウムに浸漬しても水素脆化割れが発生しなかった。

なお、このチオシアン酸アンモニウムでの浸漬試験による突出部２８の効果は、第２境界線３６での水素脆化割れの有無のみによって行った。この試験結果では、突出部２８の刃先部２８Ａの中心の位置と第２境界線３６との離間距離が０ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲で、その効果が確認された。

以下に符号の説明を記載する。
１２ 被加工材
１４ 第１金属板
１６ 第２金属板１６
１８ 溶接部
２０ ダイ
２４ パンチ
２６ 平坦部
２８ 突出部
２８Ａ 刃先部
２８Ｂ 一面
２８Ｃ 他面
３０ 第１熱影響部
３２ 第２熱影響部
α 角度
Ｔ１２ 厚み寸法
≪付記≫
本明細書からは、以下の態様が概念化される。
すなわち、第１の態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第１金属板と第２金属板とが溶接部にて接合されるとともに該溶接部の周りに熱影響部がある被加工材を、平坦部より前記被加工材側へ向けて突出した突出部を有するパンチに対して、前記平坦部による前記被加工材の切断に先行して前記突出部による前記熱影響部及び前記溶接部の少なくとも一方の切断が開始される位置に位置決めし、この位置決め位置で前記パンチとダイとを相対移動して、前記被加工材における前記溶接部を横断するように剪断して前記被加工材を切断する。
第２の態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第１の態様において、前記平坦部による前記被加工材の切断に先行して前記突出部が互いに隣接する前記熱影響部及び前記溶接部の剪断を開始する位置に前記被加工材を前記パンチに対して位置決めし剪断して切断する。
第３の態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第１の態様又は第２の態様において、前記平坦部による前記被加工材の切断に先行して前記突出部が前記溶接部及び該溶接部の両側に形成された熱影響部の剪断を開始する位置に前記被加工材を前記パンチに対して位置決めし剪断して切断する。
第４の態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第１の態様から第３の態様のいずれかにおいて、前記平坦部からの前記突出部の突出寸法が前記被加工材の厚み寸法の１０％以上である前記パンチを用いる。
第５の態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第１の態様から第４の態様のいずれかにおいて、前記平坦部からの前記突出部の突出寸法が前記被加工材の厚み寸法の５０％以上である前記パンチを用いる。
第６の態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第１の態様から第５の態様のいずれかにおいて、前記突出部を突出方向へ向かうに従って幅寸法が狭くなる楔形状とし、当該突出部の幅方向一方側の一面と他方側の他面とが成す角度が１０度以上１７０度以下である前記パンチを用い、前記幅方向を前記第１金属板及び前記第２金属板の並び方向に揃えて切断する。
第７の態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第６の態様において、前記一面と前記他面とが成す角度が１２０度以下である前記パンチを用いる。
第８の態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第６の態様又は第７の態様において、前記突出部の先端が曲面で構成された前記パンチを用いる。
第９の態様に係るプレス金型による切断加工方法は、第１の態様から第８の態様のいずれかにおいて、前記突出部は前記平坦部に沿って延在する突条とされ、当該突出部の突出寸法が、前記ダイから離れる方向へ向かうに従って低くなる前記パンチを用いる。
また、本明細書からは、以下の他の態様が概念化される。
第１の他の態様とは、「刃先にくさび形状の突起部を有するパンチと、該パンチが挿入されるダイを用いて、溶接部を有する被加工材をせん断加工する方法であって、上記突起部を被加工材の溶接部に当接して、被加工材を分断することを特徴とする金属板のせん断加工方法。」
第２の他の態様とは、「第１の他の態様において、前記突起部は、基端部から刃先部に向かい、前記パンチの長手方向の中心軸に向かって接近する一対のテーパ面を備えることを特徴とする金属板のせん断加工方法。」
第３の他の態様とは、「第１又は第２の他の態様において、前記一対のテーパ面のなす角度αが１０°以上８０°以下である」
第４の他の態様とは、「第１から第３の他の態様のいずれかにおいて、前記パンチとダイのクリアランスが、前記被加工材の厚さの０．５〜２０％であることを特徴とする金属板のせん断加工方法。」
第５の他の態様とは、「第１から第４の他の態様のいずれかにおいて、前記刃先部は、前記穴抜き方向に対して直交する方向に延びる平坦部であることを特徴とする金属板のせん断加工方法。」
第５の他の態様とは、「第１から第５の他の態様のいずれかにおいて、前記刃先部の形状がＲ形状であることを特徴とする金属板のせん断加工方法。」
２０１５年９月２８日に出願された日本国特許出願２０１５−１８９８３０号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。また、本明細書に記載されたすべての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (9)

1. 第１金属板と第２金属板とが溶接部にて接合されるとともに該溶接部の周りに熱影響部がある被加工材を、平坦部より前記被加工材側へ向けて突出した突出部を有するパンチに対して、前記平坦部による前記被加工材の切断に先行して前記突出部による前記熱影響部及び前記溶接部の少なくとも一方の切断が開始される位置に位置決めし、
   この位置決め位置で前記パンチとダイとを相対移動して、前記被加工材における前記溶接部を横断するように剪断して前記被加工材を切断するプレス金型による切断加工方法。
2. 前記平坦部による前記被加工材の切断に先行して前記突出部が互いに隣接する前記熱影響部及び前記溶接部の剪断を開始する位置に前記被加工材を前記パンチに対して位置決めし剪断して切断する請求項１記載のプレス金型による切断加工方法。
3. 前記平坦部による前記被加工材の切断に先行して前記突出部が前記溶接部及び該溶接部の両側に形成された熱影響部の剪断を開始する位置に前記被加工材を前記パンチに対して位置決めし剪断して切断する請求項１又は請求項２記載のプレス金型による切断加工方法。
4. 前記平坦部からの前記突出部の突出寸法が前記被加工材の厚み寸法の１０％以上である前記パンチを用いる請求項１から請求項３のいずれかに記載のプレス金型による切断加工方法。
5. 前記平坦部からの前記突出部の突出寸法が前記被加工材の厚み寸法の５０％以上である前記パンチを用いる請求項１から請求項４のいずれかに記載のプレス金型による切断加工方法。
6. 前記突出部を突出方向へ向かうに従って幅寸法が狭くなる楔形状とし、当該突出部の幅方向一方側の一面と他方側の他面とが成す角度が１０度以上１７０度以下である前記パンチを用い、
   前記幅方向を前記第１金属板及び前記第２金属板の並び方向に揃えて切断する請求項１から請求項５のいずれかに記載のプレス金型による切断加工方法。
7. 前記一面と前記他面とが成す角度が１２０度以下である前記パンチを用いる請求項６記載のプレス金型による切断加工方法。
8. 前記突出部の先端が曲面で構成された前記パンチを用いる請求項６又は請求項７に記載のプレス金型による切断加工方法。
9. 前記突出部は前記平坦部に沿って延在する突条とされ、当該突出部の突出寸法が、前記ダイから離れる方向へ向かうに従って低くなる前記パンチを用いる請求項１から請求項８のいずれかに記載のプレス金型による切断加工方法。

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