WO2021171759A1 - せん断金型およびプレス成形方法 - Google Patents

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新宮　豊久
雄司 山▲崎▼
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Definitions

  • the present invention relates to a shear die having excellent mold galling resistance, and relates to a press molding method having a shearing step using the shear die.
  • press molding using a press device and a press die is mainly used.
  • press molding when processing a metal plate as a material into a desired part shape, unnecessary materials are used for blanking processes that shear blanks from coil materials, molding processes such as bending and drawing, and final products. It is composed of a trim process that cuts off.
  • Patent Document 1 in order to prevent seizure during press molding, a protective film by the PVD method is applied on the molding surface in contact with the object to be molded to improve wear resistance. Excellent coating tools have been proposed.
  • Patent Documents 2 and 3 propose a tool steel having excellent mold galling resistance by optimizing the composition of the tool steel.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and in the press forming process, the time and cost required for replacement and maintenance of the die tool in the shearing process are reduced, and the ultra-high tension steel plate is used. It is an object of the present invention to provide a shearing die for preventing damage to a die tool in shearing, and to propose a press forming method having a shearing process using the shearing die.
  • the shearing die of the present invention which advantageously solves the above problems, is the first of the metal plates in obtaining a molded product in a press working process in which a molded product is produced from a metal plate by press molding, which has a plurality of shearing steps. It is a shearing die for shearing in a direction intersecting the shearing edge of the above, and the shearing blade in the vicinity of the region in contact with the end of the first shearing edge is composed of a removable fitting portion. It is characterized by.
  • the press forming method according to the present invention is a press forming method for a metal plate having a plurality of shearing steps, and includes a first shearing step of shearing while leaving a surplus portion in a part of the outer shape of the molded product.
  • the second shearing step includes a second shearing step of shearing the surplus portion in a direction intersecting the shearing edge by the first shearing step to form a molded product shape, and the shearing die is used in the second shearing step.
  • the surplus portion is sheared so that the fitting portion comes into contact with the end portion of the shear edge obtained in the first shearing step.
  • the shearing die of the present invention the time and cost required for replacement and maintenance of the die tool in the shearing process of the press forming are reduced, and the die tool is damaged in the shearing process of the ultra-high tension steel plate. It becomes possible to provide a shearing die that prevents the above.
  • the shearing die since the shearing die is used in the second shearing step, the time and cost required for replacement and maintenance of the die tool in the shearing step are reduced, and the height is extremely high. It is possible to prevent damage to the die tool during shearing of a tension steel plate, and to use a press forming method with a high operating rate and reduced cost.
  • the fitting portion is (a) made of a mold steel having a hardness higher than that of a shear blade other than the fitting portion, and (b) is subjected to surface nitriding treatment. , And (c) it is preferable that at least one condition selected from being subjected to the coating treatment is satisfied. By doing so, the life of the shear blade at the fitting portion can be improved.
  • the fitting portion has a length of 1 mm or more on both sides of the position where the shear blade comes into contact with the end of the first shearing edge. .. By doing so, the effect of the fitting portion can be effectively obtained.
  • the tensile strength of the metal plate exceeds 980 MPa. This is a method that can be applied to such ultra-high-strength steel sheets and can be sheared accurately for a long period of time.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the shape of the hat-shaped press-molded article applied to one Embodiment of this invention, (a) shows the perspective view seen from the side which has a back-cut shape, (b) is the back-cut shape. The perspective view seen from the side without the is shown, and (c) shows the side view.
  • (A) is a perspective view schematically showing a shearing method using a conventional shearing die, and (b) is an enlarged perspective view showing an upper blade of the conventional shearing die.
  • (A) is a perspective view schematically showing a shearing method according to an embodiment of the present invention, and (b) is a perspective view showing an enlarged upper blade of a shearing die according to an embodiment of the present invention. be.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows typically the die composition arrangement of the press molding used in an Example.
  • A is a perspective view schematically showing an observation position of an upper blade of a shearing die according to an example of the invention, and (b1) to (d1) are before shearing, after 5,000 times shearing, and after 10,000 times shearing, respectively.
  • B2 to (d2) are schematic views showing the degree of wear seen from the direction shown in the photograph.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the observation position of the upper blade of the shearing die according to the conventional example, and (b1) to (d1) are before shearing, after 5,000 times shearing, and after 10,000 times shearing, respectively.
  • B2) to (d2) are schematic views showing the degree of wear seen from the direction shown in the photograph.
  • the inventors when further shearing the region including the sheared edge once sheared, the shearing that comes into contact with the vicinity of the end of the sheared edge once sheared.
  • the damaged state of the blade was observed.
  • FIG. 1 (a) shows a perspective view of the hat-shaped press-molded product 100 from the side having the back-cut shape 90
  • FIG. 1 (b) shows the side of the hat-shaped press-molded product 100 without the back-cut shape.
  • a perspective view is shown
  • FIG. 1 (c) shows a side view of the hat-shaped press-molded product 100.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a press molding process of the hat-shaped press-molded product.
  • the coil of the metal plate used as the material is slit-processed so as to be the hoop material 101 having a width of 200 mm, and set in the uncoiler. After correcting the curl of the hoop material 101 discharged from the uncoiler with a leveler, the hoop material 101 is fed out by 70 mm each time one press molding is completed using a feeder, and further press molding is performed.
  • the first shearing process (blanking) 11 is performed in order to provide slits at both ends of the hoop material 101.
  • piercing 12 is performed by punching a circular hole in the center of the width of the hoop material 101.
  • the hoop material in a flat state is bent, and the hat cross-sectional shape is formed 14.
  • a second shearing process (flange trim) 15 is performed to trim both ends of the flange portion that is outside the product (surplus portion) of the molded hat cross-sectional shape part.
  • shearing (flat trim) 16 for trimming the top plate surface is performed.
  • the idle 13 shown in FIG. 2 is arranged in a mold such as between the second step and the third step, between the third step and the fourth step, and between the fourth step and the fifth step. , Indicates a process in which no processing is performed because the molds cannot be arranged continuously.
  • the material feeding direction FD is also indicated by an arrow.
  • the shearing die used for the flange trim 15 in the fourth step is a second shearing step in which the sheared edge once sheared in the first shearing step (blanking) 11 is sheared again.
  • the mold is shown in FIG. FIG. 3A shows the mold arrangement before shearing, FIG. 3B shows the mold arrangement during shearing, and FIG. 3C shows the mold arrangement after shearing.
  • the shearing die used for the flange trim 15 is an upper die 1 composed of a pad 3 and a shearing blade (upper blade) 4, and a workpiece S is pressed from below, and the shearing blade (lower blade) 5 is pressed.
  • FIG. 4 shows the position of the shearing process that the molded product receives in each shearing step of the press molding step shown in FIG.
  • FIG. 4A shows a perspective view seen from the side having the back cut shape 90
  • FIG. 4B shows a perspective view seen from the side having no back cut shape.
  • the sheared edge 21 that has been sheared in the blanking 11 of the first step is included, and the intersecting direction 23 is further sheared by the flange trim 15 of the fourth step.
  • the shear blade 4 that shears the flange portion while contacting the vicinity 24 (position marked with ⁇ ) of the end region of the first shear edge 21 shown in FIG. 4 is likely to be damaged.
  • the measurement position was set so that the distance de from the end face ED of the shear edge was 0.1 mm, and the distance dg from the sagging side US and the burrs side LS surface was 0.1 mm. Further, in the central portion of the plate thickness, the pitch dp was set to 0.1 mm from the end face ED of the shear edge toward the IS inside the plate, and the hardness was measured.
  • FIG. 6 shows the relationship between the measured hardness and the measurement position.
  • the Vickers hardness is about 600 to 700 Hv in the vicinity of the end face ED of the shear edge.
  • the hardness decreases from the end face ED of the shear edge toward the IS inside the plate, and the IS inside the plate, that is, the hardness of the base metal itself is about 500 Hv. From the above, it can be seen that the material in the vicinity of the end face ED of the shear edge is work-hardened by shearing, so that the strength is locally high.
  • FIG. 7 shows a conventional general shear blade.
  • FIG. 7A is a perspective view schematically showing a shearing method using a conventional shearing die
  • FIG. 7B is an enlarged perspective view showing an upper blade 4 of the conventional shearing die.
  • the material of the shear blade 4 is often made of cold mold steel SKD11 or the like.
  • FIG. 8 shows a shear blade according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a perspective view schematically showing the shearing method according to the present embodiment
  • FIG. 8B is an enlarged perspective view showing the upper blade 4 of the shearing die according to the present embodiment. ..
  • the insert structure is such that the portion of the shear blade corresponding to the region 24 indicated by ⁇ in FIG. 4 can be replaced as the fitting portion 7.
  • the main body of the shear blade 4 is made of cold mold steel SKD11 or the like, and the fitting portion 7 is at least harder than the main body and has wear resistance and sliding characteristics.
  • the surface of the fitting portion 7 may be subjected to nitriding treatment in order to increase the hardness of the surface of the fitting portion 7, or may be subjected to coating treatment such as PVD in order to ensure high slidability.
  • the shear blade 4 of the present embodiment has a replaceable structure, the shear blade 4 has a long life in mass production press molding, its replacement is easy, and it is fitted even when a nitriding treatment or a coating treatment is performed. Since it is sufficient to process only the landing part, the cost required for maintenance can be greatly reduced.
  • a press-molded die having the die structure shown in FIG. 9 was produced.
  • the target material was a cold-rolled steel sheet (plate thickness 1.4 mm) having a tensile strength of 1470 MPa class, and the part having the cross-sectional shape of the hat shown in FIG. 1 was press-formed.
  • the produced mold is a hoop material slit to a width of 200 mm, which is blanked 11 in the first step, pierced 12 in the second step, and bent (molded 14) in the third step.
  • Flange trim 15 processing was performed in the 4th step, and flat trim 16 processing was performed in the 5th step.
  • the hoop material 101 was fed out by 70 mm and continuously press-molded 10,000 times at a speed of 30 times / minute. Further, in the blanking 11, piercing 12, flange trim 15, and flat trim 16 steps, the shear clearance was set to 12.5% of the plate thickness.
  • all the shear blades that actually come into contact with the material in the manufactured mold were made of general cold mold steel SKD11.
  • the hardness of SKD11 was 58 HRC.
  • the shear blade main body portion of the flange trim 15 step is made of cold mold steel SKD11, and the fitting portion 7 is sheared by the blanking 11 step of the first step and comes into contact with the end of the work-hardened sheared edge.
  • the width was set to a range of 20 mm centered on the area to be sheared.
  • the material of the fitting portion 7 was made of powdered high-speed steel SKH51.
  • the hardness of SKH51 was 64 HRC.
  • the surface of the fitting portion 7 in contact with the material S to be processed was subjected to a TiC-based PVD coating treatment.
  • a TiC-based PVD coating treatment for comparison, even if all the shear blades in the flange trim process were made of SKD11, continuous press working was performed under the same conditions.
  • FIGS. 10 and 11 Photographs of shear blades in 15 steps of flange trim when continuously press-molded 10,000 times under the above molding conditions are shown in FIGS. 10 and 11, respectively, for the present embodiment and the conventional material.
  • a conventional shear blade using SKD11 having a relatively low hardness as a shear blade is chipped at a position (indicated by a broken line) corresponding to the end portion of the work material when pressed about 5000 times. Occurred (Fig. 11 (c2)).
  • Fig. 11 (c2) Occurred
  • FIG. 11 (d2) When the number of presses was further increased to 10,000, it was confirmed that wear progressed from the chipped portion and the mold was significantly damaged and dented near the end of the work material.
  • the shearing die structure is such that only the vicinity of the first sheared end face can be replaced, and the replacement part is other than that. It was shown that the mold damage during shearing can be suppressed by making the hardness higher than that of the steel material of the shearing blade and applying the PVD-based coating treatment.
  • the present invention is not limited to the above-exemplified embodiment, and is a processing method including a plurality of shearing steps, and is a shearing die for a second shearing process that shears in a direction intersecting the shearing edge of the first shearing process. Suitable for application to molds.

Abstract

超高張力鋼板のせん断加工における金型工具の損傷を防止するせん断金型およびそれを用いたプレス成形方法を提供する。複数回のせん断工程を有する、金属板から成形品をプレス成形によって製造するプレス加工において、成形品を得るにあたり、前記金属板の第１のせん断縁に交差する方向にせん断加工するためのせん断金型であって、前記第１のせん断縁の端部に接触する領域近傍のせん断刃を取り外し可能な嵌着部で構成しているせん断金型である。

Description

せん断金型およびプレス成形方法
　本発明は、耐型かじり性に優れたせん断金型に関し、そのせん断金型を用いたせん断工程を有するプレス成形方法に関する。
　自動車部品を始め、金属板の加工は主にプレス装置とプレス金型を用いたプレス成形が用いられる。プレス成形では素材となる金属板を所望の部品形状に加工する際に、コイル材からブランクをせん断するブランキング工程、曲げ成形や絞り成形などの成形工程、最終製品に対して、不要な材料を切り落とすトリム工程等によって構成される。
　一方、近年、自動車車体骨格部品においては、衝突安全性の向上や車体軽量化によるＣＯ２排出量削減が求められており、これらの要求を達成すべく、強度の高い高張力鋼板が多く適用されるようになった。
　特に、引張強度が９８０ＭＰａを超えるような超高張力鋼板においては、プレス成形時に金型が損傷して製品表面品質の低下を引き起こすだけでなく、素材となる金属板を切断するせん断加工においても、実際に材料と接触するせん断刃の欠けや摩耗が顕著となるため、せん断端面品質が低下し、次工程の成形性や、製品となった後の耐水素脆化性に大きく影響を及ぼす可能性がある。
　そのため、超高張力鋼板のプレス加工においては、成形品の品質を確保するため、従来の比較的強度の低い鋼板と比べて金型工具の交換やメンテナンスの頻度が高くなるといった課題がある。
　この様な課題に対して、例えば、特許文献１では、プレス成形時の焼き付きを防止するために、被成形体に接触する成形面上にＰＶＤ法による保護被膜を施すことで、耐摩耗性に優れた被膜工具が提案されている。
　また、特許文献２および３では、工具鋼の成分を最適化することによって、耐型かじり性に優れた工具鋼が提案されている。
　上述のように、超高張力鋼板のせん断工程におけるせん断刃の金型損傷を防止するためには、欠けや摩耗が発生し難い工具鋼を適用し、さらにはせん断時に被加工材との摺動抵抗を軽減するためにＰＶＤ法を始めとした被膜処理を行うのが適切である。
特開２０１２－２３２３４４号公報 特開２０１１－１８９４１９号公報 特開２００６－１６９６２４号公報
　しかしながら、特許文献１ないし３に記載の対策では、実際に被加工材と接触するせん断刃を構成する工具鋼全てに対して、耐摩耗性に優れた工具鋼を適用し、さらにＰＶＤ被膜処理を施す必要がある。その場合、本来金型損傷が問題にならない領域に対しても対策を取っていることになるため、金型工具の交換やメンテナンスに要する時間やコストが大きくなってしまうという新たな課題がある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プレス成形のうち、せん断工程において、金型工具の交換やメンテナンスに要する時間やコストを低減し、かつ、超高張力鋼板のせん断加工における金型工具の損傷を防止するせん断金型を提供し、そのせん断金型を用いたせん断工程を有するプレス成形方法を提案することを目的とする。
　上記課題を有利に解決する本発明のせん断金型は、複数回のせん断工程を有する、金属板から成形品をプレス成形によって製造するプレス加工において、成形品を得るにあたり、前記金属板の第１のせん断縁に交差する方向にせん断加工するためのせん断金型であって、前記第１のせん断縁の端部に接触する領域近傍のせん断刃を取り外し可能な嵌着部で構成していることを特徴とする。
　また、本発明にかかるプレス成形方法は複数回のせん断工程を有する、金属板のプレス成形方法であって、成形品の外形の一部に余剰部を残してせん断する第１のせん断工程と、該第１のせん断工程によるせん断縁に交差する方向に前記余剰部をせん断して成形品形状とする第２のせん断工程とを含み、該第２のせん断工程では、上記のせん断金型を用い、前記嵌着部が前記第１のせん断工程によるせん断縁の端部に接触するように、前記余剰部をせん断することを特徴とする。
　本発明のせん断金型によれば、プレス成形のうち、せん断工程において、金型工具の交換やメンテナンスに要する時間やコストを低減し、かつ、超高張力鋼板のせん断加工における金型工具の損傷を防止するせん断金型を提供することが可能となる。
　本発明のプレス成形方法によれば、上記せん断金型を、第２のせん断工程に用いたので、せん断工程において、金型工具の交換やメンテナンスに要する時間やコストを低減し、かつ、超高張力鋼板のせん断加工における金型工具の損傷を防止し、稼働率の高い、コストを低減したプレス成形方法とすることが可能となる。
　また、本発明のせん断金型において、前記嵌着部が、（ａ）嵌着部以外のせん断刃よりも硬度が高い金型鋼で作製されること、（ｂ）表面窒化処理を施されること、および（ｃ）被膜処理を施されることのうちから選ばれた少なくとも１条件を満足していることが好ましい。こうすることで、嵌着部のせん断刃の寿命を向上させることができる。
　また、本発明のせん断金型において、前記嵌着部は、せん断刃が前記第１のせん断縁の端部と接触する位置を中心に両側に１ｍｍ以上の長さを有していることが好ましい。こうすることで、効果的に嵌着部の効果が得られる。
　また、本発明のプレス成形方法は、前記金属板の引張強度を９８０ＭＰａ超えとすることが好ましい。このような超高張力鋼板に適用して精度よく長期間せん断可能な方法である。
本発明の一実施形態に適用するハット形のプレス成形品の形状を示す模式図であって、（ａ）は背切り形状を有する側から見た斜視図を示し、（ｂ）は背切り形状のない側から見た斜視図を示し、（ｃ）は側面図を示す。 上記実施形態のプレス成形工程を示す模式的な斜視図である。 第２のせん断工程（フランジトリム）に用いるせん断金型を示す斜視図であって、（ａ）はせん断前の金型配置を示し、（ｂ）はせん断中の金型配置を示し、（ｃ）はせん断後の金型配置を示す。 上記実施形態に適用するプレス成形品において、せん断加工を受ける部位を示す模式図であって、（ａ）は背切り形状を有する側から見た斜視図を示し、（ｂ）は背切り形状のない側から見た斜視図を示す。 せん断加工を受けた鋼板の硬度測定方法を示す模式図であって、（ａ）はせん断面を示す部分斜視図であり、（ｂ）は硬度測定位置を示す拡大図である。 せん断面近傍の硬度測定結果を示すグラフであって、（ａ）はせん断縁に平行な方向の硬度分布を示すグラフであり、（ｂ）は板厚中央部のせん断縁から板内部に向かう硬度分布を示すグラフである。 （ａ）は従来のせん断金型を用いたせん断方法を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）従来のせん断金型の上刃を拡大して示す斜視図である。 （ａ）は本発明の一実施形態にかかるせん断方法を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態にかかるせん断金型の上刃を拡大して示す斜視図である。 実施例で用いたプレス成形の金型構成配置を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は発明例にかかるせん断金型の上刃の観察位置を模式的に示す斜視図であり、（ｂ１）～（ｄ１）は、それぞれせん断加工前、５０００回せん断後および１００００回せん断後の嵌着部の拡大観察写真であり、（ｂ２）～（ｄ２）は、写真に示す方向から見た摩耗程度を示す模式図である。 （ａ）は従来例にかかるせん断金型の上刃の観察位置を模式的に示す斜視図であり、（ｂ１）～（ｄ１）は、それぞれせん断加工前、５０００回せん断後および１００００回せん断後の嵌着部の拡大観察写真であり、（ｂ２）～（ｄ２）は、写真に示す方向から見た摩耗程度を示す模式図である。
　発明者らは、プレス加工のうちのせん断加工工程において、一度せん断加工を受けたせん断縁を含む領域をさらにせん断加工する際に、一度せん断加工を受けたせん断縁の端部近傍に接触するせん断刃の損傷状態を観察した。その結果、当該せん断縁の端部近傍に接触するせん断刃の損傷が特に大きくなるという知見を得た。
　本発明は、このような知見に基づきなされたものである。 
　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。
　＜成形工程＞　
　ここで、以下の説明では、実施形態として、図１に示すようなハット形の部品を図２に示すような工程で連続的に加工するプレス成形工程を事例に説明する。図１（ａ）は、ハット形のプレス成形品１００の背切り形状９０を有する側から見た斜視図を示し、図１（ｂ）はハット形のプレス成形品１００の背切り形状のない側から見た斜視図を示し、図１（ｃ）はハット形のプレス成形品１００の側面図を示す。図２は上記ハット形プレス成形品のプレス成形工程を示す模式的な斜視図である。
　図２の実施形態では、素材となる金属板のコイルを幅２００ｍｍのフープ材１０１となるようにスリット加工し、アンコイラーにセットする。アンコイラーから払い出したフープ材１０１の巻癖をレベラーで矯正した後、フィーダーを用いて１回のプレス成形が終了する度に７０ｍｍずつ送り出して、さらにプレス成形する。
　本実施形態のプレス成形工程では、まず、第１工程では、上記のフープ材１０１の両端にスリットを設けるため、第１のせん断加工（ブランキング）１１を行う。第２工程ではフープ材１０１の幅中央に円形の穴を打抜くピアス加工１２を行う。第３工程では、平らな状態のフープ材の曲げ加工を行い、ハット断面形状の成形１４を施す。第４工程では、成形したハット断面形状部品の製品外（余剰部）となるフランジ部の両端をトリムする第２のせん断加工（フランジトリム）１５を行う。最後の第５工程ではつながっていたハット断面形状部品を切り離すため、天板面をトリムするせん断加工（平トリム）１６を行う。図２に記載のアイドル１３は、第２工程と第３工程との間、第３工程と第４工程との間および第４工程と第５工程との間のように、金型の配置上、連続して金型を配置できないため、何も加工を行わない工程を示す。材料の送り方向ＦＤを矢印で併記した。
＜せん断金型＞
　図２に記載の成形工程において、第１のせん断工程（ブランキング）１１で一度せん断加工したせん断縁を再度せん断加工する第２のせん断工程として、第４工程のフランジトリム１５に使用するせん断金型を図３に示す。図３（ａ）はせん断前の金型配置を示し、図３（ｂ）はせん断中の金型配置を示し、図３（ｃ）はせん断後の金型配置を示す。フランジトリム１５に使用するせん断金型は、図３に示すようにパッド３およびせん断刃（上刃）４からなる上型１と、被加工材Ｓを下から押え、せん断刃（下刃）５を構成する下型２によって構成される。せん断時、被加工材Ｓが下型２上に載せられた状態で、パッド３とせん断刃４が下降し（図３（ａ））、被加工材Ｓをパッド３で押えた後（図３（ｂ））、パッド３からはみ出た部分（スクラップとなる余剰部）６のみがさらに下降するせん断刃４によって切断される（図３（ｃ））。
　＜被加工材のせん断位置＞
　図２に示したプレス成形工程の各せん断工程において、成形品が受けるせん断加工の位置を図４に示す。図４（ａ）は背切り形状９０を有する側から見た斜視図を示し、図４（ｂ）は背切り形状のない側から見た斜視図を示す。図４に示すように、第１工程のブランキング１１においてせん断加工されたせん断縁２１を含み、交差する方向２３を第４工程のフランジトリム１５でさらにせん断加工する。この時、図４に示した第１のせん断縁２１の端部領域近傍２４（○印の位置）に接触しながらフランジ部をせん断加工するせん断刃４に損傷が生じ易い。
＜一度せん断加工を受けたせん断縁＞
　せん断加工を受けた引張強度１４７０ＭＰａ級の冷延鋼板Ｓ（板厚１．２ｍｍ）のせん断縁２１付近の硬度を測定した。測定は微小硬度計を使用し、圧子の押し込み荷重は１００ｇｆ（０．９８Ｎ）とした。測定位置は図５に示すように、せん断クリアランスを板厚の１２%として、せん断加工したせん断縁２１近傍とし、ダレ側（上面）ＵＳからカエリ側（下面）ＬＳにかけてピッチｄｐを０．１ｍｍとし、硬度を測定した。このとき、測定位置はせん断縁の端面ＥＤからの距離ｄｅを０．１ｍｍとし、ダレ側ＵＳおよびカエリ側ＬＳ表面からの距離ｄｇは０．１ｍｍとした。また、板厚中央部において、せん断縁の端面ＥＤから板内部ＩＳに向かってピッチｄｐを０．１ｍｍとし、硬度を測定した。図６に測定した硬度と測定位置の関係を示す。
　硬度測定の結果、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、せん断縁の端面ＥＤ近傍ではビッカース硬さで約６００～７００Ｈｖ程度の硬度があることが分かる。しかしながら、せん断縁の端面ＥＤから板内部ＩＳに向かうにつれて硬度は減少し、板内部ＩＳ、すなわち母材自体の硬さは５００Ｈｖ程度である。以上から、せん断縁の端面ＥＤ近傍はせん断加工によって材料が加工硬化するため、局所的に高強度となっていることが分かる。
＜せん断刃＞
　図７に従来の一般的なせん断刃を示す。図７（ａ）は従来のせん断金型を用いたせん断方法を模式的に示す斜視図であり、図７（ｂ）は従来のせん断金型の上刃４を拡大して示す斜視図である。せん断刃４の材質は冷間金型用鋼ＳＫＤ１１などで作製されることが多い。本発明の一実施形態にかかるせん断刃を図８に示す。図８（ａ）は本実施形態にかかるせん断方法を模式的に示す斜視図であり、図８（ｂ）は本実施形態にかかるせん断金型の上刃４を拡大して示す斜視図である。これまでの知見から、一度せん断加工を受けることによって加工硬化したせん断縁２１を含む領域を再度せん断加工する際に、加工硬化したせん断縁２１近傍に接触する領域でせん断刃４の損傷が発生しやすいことから、図４の○で示した領域２４に対応するせん断刃の部分を嵌着部７として取替可能なインサート構造とした。せん断刃４本体部分は冷間金型用鋼ＳＫＤ１１などで作製し、嵌着部７は少なくとも本体部よりも硬度が高く、耐摩耗性および摺動特性を備えるように粉末ハイス鋼ＳＫＨ４０やＳＫＨ５１などの材質の工具鋼で作製し、場合によっては嵌着部７表面の硬度を上昇されるため窒化処理を施し、もしくは高い摺動性を確保するためにＰＶＤ等の被膜処理を施しても良い。
　本実施形態では、金型損傷が起こり易い、一度せん断加工を受けて加工硬化したせん断縁２１に接触するせん断刃４の近傍のみを嵌着部７としてインサート構造とし、嵌着部７のみが取替可能な構造とするため、本実施形態のせん断刃４は、量産プレス成形においてせん断刃４が長寿命となるとともに、その交換が容易となり、且つ、窒化処理や被膜処理を施す場合でも、嵌着部のみの処理で良いため、メンテナンスに要するコストも大きく削減できる。また、せん断金型の損傷の起きやすい９８０ＭＰａ級以上の高張力鋼板のプレス成形方法に使用して好適であり、とくに、１５００ＭＰａ級以上の超高張力鋼板に適用すればさらに好ましい。
　せん断刃の損傷を評価するため、図９に示した金型構成のプレス成形金型を作製した。対象材料は引張強度が１４７０ＭＰａ級の冷延鋼板（板厚１．４ｍｍ）とし、図１に記載のハット断面形状の部品をプレス成形した。作製した金型は、図２に示した通り、幅２００ｍｍにスリット加工したフープ材を第１工程でブランキング１１加工、第２工程でピアス１２加工、第３工程で曲げ加工（成形１４）、第４工程でフランジトリム１５加工、第５工程で平トリム１６加工を施した。１回のプレス成形終了後にフープ材１０１を７０ｍｍ送り出して、３０回／分の速度で１００００回連続プレス成形した。また、ブランキング１１、ピアス１２、フランジトリム１５、平トリム１６工程において、せん断クリアランスはいずれも板厚の１２．５％で設定した。
　また、作製した金型で実際に材料と接触するせん断刃はいずれも一般的な冷間金型用鋼ＳＫＤ１１で作製した。ＳＫＤ１１の硬度は５８ＨＲＣであった。また、フランジトリム１５工程のせん断刃本体部分は冷間金型用鋼ＳＫＤ１１で作製し、嵌着部７は第１工程のブランキング１１工程によってせん断され、加工硬化したせん断縁の端部に接触する領域を中心に幅２０ｍｍの範囲とした。嵌着部７の材質は粉末ハイス鋼ＳＫＨ５１で作製した。ＳＫＨ５１の硬度は６４ＨＲＣであった。さらに嵌着部７の被加工材Ｓと接触する面にはＴｉＣ系のＰＶＤ被膜処理を施した。比較として、フランジトリム工程のせん断刃を全てＳＫＤ１１で作製したものでも同様の条件で連続プレス加工を実施した。
　上記成形条件で１００００回連続プレス成形した時のフランジトリム１５工程のせん断刃の写真を本実施形態および従来材についてそれぞれ図１０および１１に示す。図１１に示すように、比較的硬度の低いＳＫＤ１１をせん断刃として使用した従来のせん断刃では、５０００回程度プレスした際、被加工材の端部に相当する位置（破線部で示す）で欠けが発生した（図１１（ｃ２））。さらにプレス回数を増やし、１００００回となった時、欠け部から摩耗が進展し、被加工材の端部近傍で大きく金型が損傷し凹んでいる様子（図１１（ｄ２））が確認された。一方で、被加工材近傍の嵌着部のみをＳＫＨ５１の粉末ハイス鋼を使用し、さらにＴｉＣ系のＰＶＤ被膜処理をしたインサートとし、それ以外はＳＫＤ１１を使用した開発したせん断はでは１００００回プレス後も被加工材端部で損傷は確認されなかった（図１０（ｃ２）、（ｄ２））。
　以上の結果より、一度せん断加工を受け、加工硬化したせん断端面を再度せん断加工する際に、１度目のせん断端面近傍のみ取替可能なせん断金型構造とし、且つ、取替部をそれ以外のせん断刃の鋼材よりも高硬度とし、ＰＶＤ系の被膜処理を施したことで、せん断加工時の金型損傷を抑制可能なことが示された。
　本発明は、上記例示の実施の形態に限られず、複数のせん断加工工程を有する加工方法であって、第１のせん断加工によるせん断縁に交差する方向にせん断する第２のせん断加工のせん断金型に適用して好適である。
　９０　背切り形状
１００　プレス成形品
１０１　フープ材
　　１　上型
　　２　下型
　　３　パッド、板押え
　　４　せん断刃（上刃）
　　５　せん断刃（下刃）
　　６　スクラップ
　　７　嵌着部
　　８　ピアスパンチ
　　９　ボタンダイ
　１１　ブランキング
　１２　ピアス
　１３　アイドル
　１４　成形
　１５　フランジトリム
　１６　平トリム
　１７　曲げ刃
　１８　パンチ
　２１　ブランキングによるせん断縁
　２２　ピアスによるせん断縁
　２３　フランジトリムによるせん断方向
　２４　せん断刃がせん断縁と接触する領域
　　Ｓ　被加工材
　ＦＤ　送り方向

Claims (5)

  1. 複数回のせん断工程を有する、金属板から成形品をプレス成形によって製造するプレス加工において、成形品を得るにあたり、前記金属板の第１のせん断縁に交差する方向にせん断加工するためのせん断金型であって、
    前記第１のせん断縁の端部に接触する領域近傍のせん断刃を取り外し可能な嵌着部で構成していることを特徴とするせん断金型。
  2. 前記嵌着部が、（ａ）嵌着部以外のせん断刃よりも硬度が高い金型鋼で作製されること、（ｂ）表面窒化処理を施されること、および（ｃ）被膜処理を施されることのうちから選ばれた少なくとも１条件を満足していることを特徴とする請求項１に記載のせん断金型。
  3. 前記嵌着部は、せん断刃が前記第１のせん断縁の端部と接触する位置を中心に両側に１ｍｍ以上の長さを有していることを特徴とする請求項１または２に記載のせん断金型。
  4. 複数回のせん断工程を有する、金属板のプレス成形方法であって、
    成形品の外形の一部に余剰部を残してせん断する第１のせん断工程と、
    該第１のせん断工程による第１のせん断縁に交差する方向に前記余剰部をせん断して成形品形状とする第２のせん断工程とを含み、
    該第２のせん断工程では、請求項１～３のいずれか１項に記載のせん断金型を用い、前記嵌着部が前記第１のせん断工程によるせん断縁の端部に接触するように、前記余剰部をせん断することを特徴とするプレス成形方法。
  5. 前記金属板の引張強度を９８０ＭＰａ超えとすることを特徴とする請求項４に記載のプレス成形方法。
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