WO2019003333A1 - 金属板の切断方法，金属成形体の製造方法及び金属成形体 - Google Patents

Abstract

外力が負荷されてもき裂の発生を抑制でき、製品の強度を向上させることができる金属板の切断方法，金属成形体の製造方法及び金属成形体を提供する。　本発明に係る一態様の金属板２の切断方法は、潰し工程と、分離工程とを備える。潰し工程は、金属板２の切除予定部２２に対して厚み方向の両側から力をかけることで、切除予定部２２を厚み方向に潰し、切除予定部２２を薄肉部２３に変形させる。分離工程は、潰し工程の後、薄肉部２３を本体部２１から分離させる。

Description

金属板の切断方法，金属成形体の製造方法及び金属成形体

　本発明は、金属板の切断方法，金属成形体の製造方法及び金属成形体に関する。

　一般に、プレス機により金属板をせん断加工し、製品を得る方法として、打ち抜き加工が知られている（例えば、特許文献１参照）。

　この特許文献１記載の打ち抜き加工は、ファインブランキング加工であり、ワークから製品を高精度で打ち抜くことができる。ファインブランキング加工は、例えば、金属板において切除予定部に対し、ダイと板押さえダイとで強固に固定しながら、製品対応部分に対し、逆押さえパンチで逆押さえしながら、打抜パンチで打ち抜く。これにより、金属板は、せん断力により打ち抜かれ、製品が形成される。

　ここで、一般的な打ち抜き加工により打ち抜かれた製品は、図４に示すような端面となる。図４に示すように、製品の端面は、厚み方向の一方のエッジ部から他方に向かって順に、ダレ６１，せん断面６２，破断面６３が形成され、他方のエッジ部にバリ６４が生じる。

　これに対し、ファインブランキング加工にあっては、製品の端面において、一般的な打ち抜き加工と同じように、ダレ，せん断面，破断面，バリが生じるものの、せん断面の割り合いが大きく、精密な製品を製造することができる。

特開２００６－２５５７４０号公報　ところで、この種の製品に対して過大な外力が負荷されると、き裂が進展して破壊に至ることがあるが、製品のエッジ部にバリ等の微小な凹凸部分が存在すると、この部分を起点にき裂が生じやすいという問題がある。

　この点について、ファインブランキング加工では、精密な加工を行うことができるものの、一般的な抜き打ち加工と同様、エッジ部に破断面やバリが生じるため、一定以上の外力が負荷されると、エッジ部にき裂が生じやすい。この結果、ファインブランキング加工であっても、製品を一定以上の強度とすることができなかった。

　一方、製品の切断面に対してシェービング加工を行って、エッジ部に形成されたバリを削り取り、製品の切断面を仕上げることで、製品の強度を向上させることが考えられる。

　しかし、シェービング加工を行うと、確かに、製品の切断面が外観上きれいになるが、再び、シェービング加工によるバリがエッジ部に形成されるため、製品の強度を向上させることはできない。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外力が負荷されてもき裂の発生を抑制でき、製品の強度を向上させることができる金属板の切断方法，金属成形体の製造方法及び金属成形体を提供することにある。

　本発明に係る一態様の金属板の切断方法は、金属板の切除予定部に対して厚み方向の両側から力をかけることで、前記切除予定部を厚み方向に潰し、前記切除予定部を薄肉部に変形させる潰し工程と、前記潰し工程の後、前記薄肉部を本体部から分離させる分離工程とを備えていることを特徴とする。

　また、本発明に係る一態様の金属成形体の製造方法は、金属板から切除予定部を切除して、金属成形体を製造する金属成形体の製造方法であって、前記切除予定部に対して前記金属板の厚み方向の両側から力をかけることで、前記切除予定部を厚み方向に潰し、前記切除予定部を薄肉部に変形させる潰し工程と、前記潰し工程の後、前記薄肉部を本体部から分離させて前記金属成形体を得る分離工程とを備えていることを特徴とする。

　また、本発明に係る一態様の金属成形体は、前記金属成形体の端面に設けられた破断面が、前記金属成形体の厚み方向において、前記金属成形体の厚みよりも短く且つ前記金属成形体の厚み方向の中間部分に形成されていることを特徴とする。

図１Ａは、本発明の一実施形態のタングプレートの斜視図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ部分の拡大図である 図２は、金属板において切除予定部及び本体部を示す平面図である。 図３Ａ～３Ｃは、同上の製造方法を示す断面図である。 図４は、従来の打ち抜き加工を行った製品の端部の要部側面図である。

　本実施形態は、金属板２の切断方法，金属成形体の製造方法及び金属成形体に関し、特に、金属板２にせん断加工を行って製品を得るための金属板２の切断方法，金属成形体の製造方法及び金属成形体に関する。以下、本発明の一実施形態について添付図面に基づいて説明する。

　本実施形態の金属成形体は、図１Ａに示すようなシートベルト装置に用いられるタングプレート１である。タングプレート１は、金属板２に対して、本実施形態の打ち抜き加工を行うことで製造される。本実施形態の打ち抜き加工により得られたタングプレート１は、図１Ｂに示すように、所定の端面を有し、その端面において、厚み方向の一方の縁部から他方の縁部に向かって、面取り面１５，せん断面１７，破断面１６，せん断面１７，面取り面１５と順に形成されている。つまり、本実施形態の破断面１６は、タングプレート１の厚さよりも幅狭で且つタングプレート１の厚み方向の中間部分に形成される。このように、本実施形態のタングプレート１は、切断面である端面において破断面１６が縁部に形成されないので、従来にない破断強度を得ることができる。本実施形態のタングプレート１は、把持部１１と、差込部１３とを備えている。

　なお、本実施形態において所定の端面は、タングプレート１の外周の全周にわたって形成された端面であるが、外周のうちの一部のみを所定の端面としてもよい。

　把持部１１は、タングプレート１をバックルに装着する際に、ユーザーが把持するための部分である。把持部１１は、例えば、一部または全部が樹脂モールド部（図示せず）により覆われる。把持部１１には、ウェビングベルトが通される挿通孔１２が形成される。

　差込部１３は、バックルに差し込まれる部分である。タングプレート１は、差込部１３がバックルに差し込まれることで、バックルに保持される。差込部１３は、把持部１１から延出しており、把持部１１と一体に成形されている。差込部１３は、把持部１１よりも幅狭に形成されており、幅方向の中央部で且つ延出方向の先端部に、バックルに引っ掛けられる引掛け孔１４が形成される。

　このような構成のタングプレート１は、以下の方法で製造される。以下、タングプレート１の製造方法（以下、本実施形態の製造方法という）について説明する。

　本実施形態の製造方法は、金属板２（ワーク）を打ち抜き加工して、金属成形体としてのタングプレート１を得る方法である。金属板２としては、例えば、厚さ３ｍｍの鉄板やステンレス板を用いることが好ましい。加工前の金属板２は、図２に示すように、成型後に金属成形体を構成する本体部２１と、成型後に本体部２１から切断されて取り除かれる切除予定部２２との領域に分かれる。なお、金属板２において、本体部２１と切除予定部２２は、外観上区別がない。

　本実施形態の製造方法は、荒取り工程と、面取り工程と、潰し工程と、分離工程とを備えている。

　荒取り工程は、母材となる金属板２から、複数のタングプレート１を荒取りする工程である（荒取り工程により荒取りされた成型品を半成品２０という。）。半成品２０は、本体部２１と、本体部２１の周囲に形成された切除予定部２２とを有する。荒取り工程後の切除予定部２２は、荒取り工程前よりも小さい。

　面取り工程は、荒取り工程の後に行われる。面取り工程は、図３Ａに示すように、タングプレート１の表面又は裏面と端面とのなす角部の面取りを行う工程であり、Ｃ面取りやＲ面取り等、製品に応じて選択される。なお、製品の当該角部に対し、面取りを行う必要がない場合には、面取り工程を省くことができる。

　本実施形態の面取り工程は、タングプレート１の厚み方向の角部に面取り面１５を形成する工程である。本実施形態において、面取り面１５は、Ｒ面により構成される。なお、Ｒ面とは、外方側に突出した曲面状の面取り面をいう。面取り工程で用いられる金型は、本体部２１に対して厚み方向の両側から挟んで本体部２１を押さえる一対の板押さえ金型３と、一対のアール押金型４とを有する。

　一対の板押さえ金型３の成形面（対向面）は、平面により構成されている。一対の板押さえ金型３の成形面は互いに離れている。また、各アール押金型４の成形面は、Ｒ凹面４１と、凸平面４２とで構成される。各Ｒ凹面４１は、隣接する板押さえ金型３の成形面と連続しており、Ｒ凹面４１の内側の縁と、板押さえ金型３の外側の縁とは一致している。凸平面４２のＲ凹面４１側の縁は、Ｒ凹面４１の外側の縁に一致している。

　面取り工程は、半成品２０に対し、本体部２１を一対の板押さえ金型３で挟持した状態にセットし、この状態において、一対のアール押金型４で、本体部２１の角部に対応する部分と、切除予定部２２とを、厚み方向の両側から互いにプレスする。これにより、半成品２０は、本体部２１の角部が、圧縮されたＲ面によって面取り面１５が形成された状態に形成されると共に、本体部２１の端面から一定程度潰された切除予定部２２が延出する。

　潰し工程は、面取り工程後に行われる。潰し工程は、一対のアール押金型４に代えて、一対の仕上押金型５が用いられる。潰し工程は、図３Ｂに示すように、主として切除予定部２２に対して、一対の仕上押金型５によって、厚み方向の両側から力をかけることで、切除予定部２２を厚み方向にさらに潰し、切除予定部２２を薄肉部２３に変形させる工程である。潰し工程で用いられる金型は、本体部２１に対して厚み方向の両側から挟んで本体部２１を押さえる一対の板押さえ金型３と、切除予定部２２を厚み方向に潰す一対の仕上押金型５とを備えている。

　一対の仕上押金型５は、半成品２０の切除予定部２２を厚み方向の両側からプレス可能に構成されている。さらに、一対の仕上押金型５は、半成品２０の端面に対してせん断力を与え、当該端面における上部及び下部にせん断面１７を形成することができる。したがって、潰し工程は、一対の仕上押金型５によって、切除予定部２２に対し、厚み方向の両側からプレスし、圧縮力を負荷することで、切除予定部２２を薄肉部２３に変形させることができる上に、本体部２１に対し、端面の上部及び下部にせん断面１７を形成することができる。

　潰し工程によって生成された薄肉部２３は、本体部２１の厚さよりも薄く、且つ本体部２１の厚み方向の中間部分（本体部２１の表面と裏面との間）に形成される。本実施形態において、薄肉部２３は、本体部２１の厚み方向の中央部から延出しているが、本体部２１の厚み内であれば、表面側又は裏面側に偏った位置に形成されてもよい。

　分離工程は、潰し工程の後に行われる。分離工程は、潰し工程によって生成された薄肉部２３を、本体部２１から分離させる工程である。分離工程は、潰し工程により切除予定部２２を潰した直後の状態から、一対の仕上押金型５と、一対の板押さえ金型３とを、製品の厚み方向に相対的に移動させることで、本体部２１から薄肉部２３を分離させる。一対の仕上押金型５と、一対の板押さえ金型３との相対的な移動としては、一対の板押さえ金型３及び一対の仕上押金型５のいずれか一方を固定し且つ他方を移動させてもよいし、両方を互いに反対方向に移動させてもよい。

　なお、図３Ａ，図３Ｂによれば、面取り工程から潰し工程に移行する際に、本体部２１に対する一対の板押さえ金型３の位置を変化させている。これについては、例えば、一対の板押さえ金型３を仕上押金型５側に移動させてもよいし、面取り工程で使用した板押さえ金型３とは別の金型を使用してもよい。

　このような工程を経て成形されたタングプレート１は、端面において、厚み方向の中央部に破断面１６が形成され、破断面１６に対し厚み方向の両外側に一対のせん断面１７が形成され、一対のせん断面１７に対し厚み方向の両外側に面取り面１５が形成される。このため、本実施形態のタングプレート１は、角部に破断面１６が形成されないため、タングプレート１に過大な外力が負荷されても、破断面１６の微小な凹凸からき裂が発生するのを抑制でき、微小な凹凸を起点にき裂が生じるのを抑制できる。この結果、本実施形態のタングプレート１によれば、製品の強度を向上させることができる。

　〔応用〕
　上記実施形態の製造方法は、荒取り工程と、面取り工程と、潰し工程と、分離工程とを備えていたが、荒取り工程及び面取り工程は、必要に応じて行えばよく、必ずしも必要な工程ではない。

　上記実施形態の薄肉部２３は、本体部２１の厚み方向の中央部に形成されたが、厚み方向の表面側又は裏面側に偏った位置に形成されてもよく、角部に形成されていなければよい。すなわち、薄肉部２３は、本体部２１の厚み方向の中間部分に形成されていればよい。なお、上記実施形態の製造方法によれば、薄肉部２３を、本体部２１の端面において、厚み方向の表面側又は裏面側に偏った位置に形成することができるため、必要に応じて、破断面１６の位置を適宜設定することができる。

　上記実施形態の製造方法は、金属成形体としてタングプレート１を製造する方法であったが、タングプレート１に限定されず、金属加工一般に適用可能である。また、上記実施形態の製造方法を、金属板２を切断する方法に適用してもよい。これにより、金属板２の切断面をきれいに、且つ、き裂が生じにくい端面とすることができる。

　上記実施形態の切除予定部２２は、金属板において本体部２１以外の部分であったが、薄肉部２３に変形させるのは、本体部２１の外周部であればよく、切除予定部２２の全てが薄肉部２３に変形しなくてもよい。

　その他、上記実施形態の構成は、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宜設計変更を行うことができる。

　〔比較実験〕
　上記実施形態の製造方法を用いて、金属板から製造した金属片と、従来の製造方法を用いて、金属板から打ち抜いた金属片との引張強度の比較実験を行った。以下、上記実施形態の製造方法により製造された金属片を実施例の金属片とし、従来の製造方法により製造された金属片を比較例の金属片とする。

　（実施例）
　実施例の金属片は、機械構造用炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）　板厚３．０ｍｍ　硬度ＨＲＣ４５±２の金属板から、上記実施形態の製造方法により、Ｗ２５．４ｍｍ×Ｌ１００ｍｍの矩形状の金属片を製造した。

　（比較例１）
　比較例１の金属片は、実施例と同じ材料である機械構造用炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）　板厚３．０ｍｍ　硬度ＨＲＣ４５±２の金属板から、ファインブランキング加工により、Ｗ２５．４ｍｍ×Ｌ１００ｍｍの矩形状の金属片を製造した。破断面に生じたバリはそのまま残した。

　（比較例２）
　比較例２の金属片は、実施例と同じ材料である機械構造用炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）　板厚３．０ｍｍ　硬度ＨＲＣ４５±２の金属板から、ファインブランキング加工により、Ｗ２５．４ｍｍ×Ｌ１００ｍｍの矩形状の金属片を製造した。破断面に生じたバリをＣ面取りして、取り除いた。

　（比較例３）
　比較例３の金属片は、実施例と同じ材料である機械構造用炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）　板厚３．０ｍｍ　硬度ＨＲＣ４５±２の金属板から、プレスによる打ち抜き加工により、Ｗ２５．４ｍｍ×Ｌ１００ｍｍの矩形状の金属片を製造した。

　（比較例４）
　比較例４の金属片は、実施例と同じ材料である機械構造用炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）　板厚３．０ｍｍ　硬度ＨＲＣ４５±２の金属板から、ワイヤー放電加工機により、Ｗ２５．４ｍｍ×Ｌ１００ｍｍの矩形状の金属片を製造した。

　（試験条件）
　試験条件として、実施例及び比較例１～４の各金属片に対し、各金属片の長手方向の両端部を試験機で保持した状態で、金属片の長手方向に沿って互いに反対方向に引っ張り力を負荷し、徐々に引っ張り力を増大してゆき、金属片が破断したときの力を測定した。実施例の金属片及び比較例１～４の金属片について、それぞれ５つの試験片を製造し、５つの試験片に対して上記条件で試験を行った。そして、５つの試験片から得られた値で平均値を算出し、実施例及び比較例１～４の試験片の各々の平均値を比較した。

　以下、試験結果を示す。

　上記試験によって、実施例の金属片のほうが、比較例１～４の金属片よりも、引張強度が高いことが分かった。

　また、破壊時の態様について、実施例の金属片は、破断面ではなく、主面のいずれかからき裂が生じたのに対し、比較例１～３の金属片は破断面からき裂が生じ、比較例４の金属片はエッジからき裂が生じた。

　実施例の金属片と比較例４の金属片とで引張強度に差が生じる理由としては、実施例の金属片は、エッジ部に対し、圧縮されたＲ面（Ｒ押面）の面取り加工がされているため、エッジからの破断が生じにくく、引張強度の上昇に寄与したと考えられる。

　〔効果〕
　以上説明したように、上記実施形態の金属板２の切断方法は、以下に示す特徴を有する。すなわち、上記実施形態の金属板２の切断方法は、潰し工程と、分離工程とを備える。潰し工程は、金属板２の切除予定部２２に対して厚み方向の両側から力をかけることで、切除予定部２２を厚み方向に潰し、切除予定部２２を薄肉部２３に変形させる。分離工程は、潰し工程の後、薄肉部２３を本体部２１から分離させる。以下、この特徴を有する金属板２の切断方法を、第１の態様の金属板２の切断方法という。

　第１の態様の金属板２の切断方法によれば、本体部２１の破断面を、本体部２１の端面において、厚み方向の中間部に位置させることができる。これにより、破断面が本体部２１の角部に形成されている従来品に比べて、破断面の微小な凹凸を起点にしたき裂が生じにくくなり、本体部２１の強度を向上させることができる。

　また、上記実施形態の金属成形体の製造方法は、以下に示す特徴を有する。すなわち、上記実施形態の金属成形体の製造方法は、金属板２から切除予定部２２を切除して、金属成形体を製造する金属成形体の製造方法である。上記実施形態の金属成形体の製造方法は、潰し工程と、分離工程とを備える。潰し工程は、金属板２の切除予定部２２に対して厚み方向の両側から力をかけることで、切除予定部２２を厚み方向に潰し、切除予定部２２を薄肉部２３に変形させる。分離工程は、潰し工程の後、薄肉部２３を本体部２１から分離させて前記金属成形体を得る。以下、この特徴を有する金属成形体の製造方法を、第１の態様の金属成形体の製造方法という。

　第１の態様の金属成形体の製造方法によれば、金属成形体の破断面を、本体部２１の端面において、厚み方向の中間部に位置させることができる。これにより、破断面が金属成形体の角部に形成されている従来品に比べて、破断面の微小な凹凸を起点にしたき裂が生じにくくなり、金属成形体の強度を向上させることができる。

　上記実施形態の金属成形体の製造方法は、以下の付加的な特徴を有する。すなわち、金属成形体の製造方法は、第１の態様の金属成形体の製造方法において、金属成形体がシートベルト装置のバックルに着脱可能に差し込まれるタングプレート１である。以下、この金属成形体の製造方法を、第２の態様の金属成形体の製造方法という。

　第２の態様の金属成形体の製造方法によれば、瞬間的に過大な外力が掛かりやすいタングプレート１の強度を向上させることができる。

　上記実施形態の金属成形体は、以下に示す特徴を有する。すなわち、上記実施形態の金属成形体は、金属板２から切除予定部２２を切除することで成形された金属成形体である。金属成形体は、金属成形体の端面に設けられた切除予定部２２の破断面１６が、金属成形体の厚み方向において、金属成形体の厚みよりも短く且つ金属成形体の厚み方向の中間部分に形成されている。以下、この特徴を有する金属成形体を、第１の態様の金属成形体という。

　第１の態様の金属成形体によれば、破断面１６が金属成形体の厚み方向の中間部分に形成されており、厚み方向の角部に形成されていないため、破断面の微小な凹凸を起点にしたき裂の発生を抑制でき、従来品よりも強度の強い金属成形体とすることができる。

　上記実施形態の金属成形体は、以下の付加的な特徴を有する。すなわち、第１の態様の金属成形体において、金属成形体の端面は、破断面１６に対し金属成形体の厚み方向の両外側に形成された一対のせん断面１７と、せん断面１７に対し金属成形体の厚み方向の両外側に形成された一対の面取り面１５とを有する。以下、この特徴を有する金属成形体を、第２の態様の金属成形体という。

　第２の態様の金属成形体によれば、破断面１６に対し、厚み方向の両側に、せん断面１７と面取り面１５とを有するため、切断された端面（切断端面）がきれいにみえる上に、一層、き裂の発生を抑制できる。

　上記実施形態の金属成形体は、以下の付加的な特徴を有する。すなわち、第２の態様の金属成形体において、一対の面取り面１５の各々は、圧縮されたＲ面により構成されている。以下、この特徴を有する金属成形体を、第３の態様の金属成形体という。

　第３の態様の金属成形体によれば、面取り面１５が圧縮されたＲ面により構成されているため、より一層、角部にき裂が生じるのを抑制できる。

　上記実施形態の金属成形体は、以下の付加的な特徴を有する。すなわち、上記実施形態の金属成形体は、第１～３の態様の金属成形体において、金属成形体が、シートベルト装置のバックルに着脱可能に差し込まれるタングプレート１である。以下、この特徴を有する金属成形体を、第４の態様の金属成形体という。

　第４の態様の金属成形体によれば、従来品よりも強度の強いタングプレート１とすることができる。

　１　　　タングプレート
　１５　　面取り面
　１６　　破断面
　１７　　せん断面
　２　　　金属板
　２１　　本体部
　２２　　切除予定部
　２３　　薄肉部

Claims (7)

1. 　金属板の切除予定部に対して厚み方向の両側から力をかけることで、前記切除予定部を厚み方向に潰し、前記切除予定部を薄肉部に変形させる潰し工程と、
   　前記潰し工程の後、前記薄肉部を本体部から分離させる分離工程と
   を備えている
   ことを特徴とする金属板の切断方法。
2. 　金属板から切除予定部を切除して、金属成形体を製造する金属成形体の製造方法であって、
   　前記切除予定部に対して前記金属板の厚み方向の両側から力をかけることで、前記切除予定部を厚み方向に潰し、前記切除予定部を薄肉部に変形させる潰し工程と、
   　前記潰し工程の後、前記薄肉部を本体部から分離させて前記金属成形体を得る分離工程と
   を備えている
   ことを特徴とする金属成形体の製造方法。
3. 　前記金属成形体が、シートベルト装置のバックルに着脱可能に差し込まれるタングプレートである
   ことを特徴とする請求項２記載の金属成形体の製造方法。
4. 　金属成形体であって、
   　前記金属成形体の端面に設けられた破断面が、前記金属成形体の厚み方向において、前記金属成形体の厚みよりも短く且つ前記金属成形体の厚み方向の中間部分に形成されている
   ことを特徴とする金属成形体。
5. 　前記金属成形体の端面は、
   　　前記破断面に対し前記金属成形体の厚み方向の両外側に形成された一対のせん断面と、
   　　前記せん断面に対し前記金属成形体の厚み方向の両外側に形成された一対の面取り面と
   を有する
   ことを特徴とする請求項４記載の金属成形体。
6. 　前記一対の面取り面の各々は、圧縮されたＲ面により構成されている
   ことを特徴とする請求項５記載の金属成形体。
7. 　前記金属成形体が、シートベルト装置のバックルに着脱可能に差し込まれるタングプレートである
   ことを特徴とする請求項４～６のいずれか一項に記載の金属成形体。

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