(57)【要約】【課題】条材のせん断加工の際に生じる「だれ」および「かえり」を減少させる。【解決手段】固定側の工具と条材の長手方向に直交する方向に移動可能な移動側の工具とで条材をチャックし、条材に所定のねじり角度までねじりを付与した状態を保持し、移動側の工具に条材の長手方向に直交する方向に衝撃せん断荷重を加えて条材を切断することを特徴とする条材のせん断加工方法。【選択図】図８
2011016181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側の工具と条材の長手方向に直交する方向に移動可能な移動側の工具とで条材をチャックし、条材に所定のねじり角度までねじりを付与した状態を保持し、移動側の工具に条材の長手方向に直交する方向に衝撃せん断荷重を加えて条材を切断することを特徴とする条材のせん断加工方法。
【請求項２】
固定側の工具と条材の長手方向に直交する方向に移動可能な移動側の工具とで条材をチャックし、移動側の工具に条材の長手方向に直交する方向に所定の静的せん断荷重を付与した状態を保持し、条材をねじり切断することを特徴とする条材のせん断加工方法。
【請求項３】
前記条材は、棒・線・管・角・形材であることを特徴とする請求項１または２記載の条材のせん断加工方法。
【請求項４】
前記固定側の工具には、条材に回転を加えてねじりを付与する手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の条材のせん断加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、せん断加工方法に関し、特に、条材をだれ・かえりなく切断するためのせん断加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
せん断加工は、主にフォーマ加工の素材を棒・線・管材などの長尺条材から切り出すさいに用いられる加工法である。一般的な加工方法は、１対の工具で線材を固定する。片方の工具は上下、または左右に移動する機構となっており、もう一方の固定された工具との間で線材に大きなせん断変形を与えて、材料を切り取る加工法である。従来のせん断加工では、図１の右側の図に示すようなだれ・かえり等の形状不良が発生してしまう。前述のように、せん断加工は次工程の素材取りとして用いられる場合が多く、理想的には、図１の左側の図に示すような切断面が線軸に対して垂直であり、切断面の表面性状も良好であることが望ましい。
【０００３】
そこで、切断面の線軸に対する直角度や表面性状を向上させる目的で、傾斜せん断法、高速度せん断法、拘束せん断法などが、従来実用化されている。
（傾斜せん断法）
せん断された切断面が線軸に対して傾斜することを改善するために、線材を予め傾斜させた状態でせん断加工する傾斜せん断法が考案されている。しかし、傾斜の予測が困難であったり、材料の性質に合わせて傾斜を設定し直すなどの手間がかかってしまうため、広く用いられている加工法とは言えない。また、切断面の傾斜に対しては有効であるが、その他の「だれ」・「かえり」などの形状不良にはあまり効果がない。
（高速度せん断法）
高速度せん断法では、ひずみ速度が速いため、局所的にせん断部の温度が上昇する。鋼材の場合では、青熱脆性化現象をもたらす温度域まで上昇すると考えられている。青熱脆性域では小さいクリアランスでも、亀裂の蓮通が容易となり、切断面が線材に対してより直角になるように改善される。しかし、高速度せん断法の問題点として、青熱脆化が起きると切断面付近の性質が変わってしまうため、線材材質の均一性がくずれてしまう点や、青熱脆化のない材料では効果が薄い点がある。しかし、加工速度が速いため、単位時間当たりの作業数を高めることができ、生産性に有効であるため、広く用いられている加工法であり、高速度のせん断速度を実現するために、様々な装置が開発されている。例えば、空気式ラム加速装置や、打撃ナックルの直線上下運動が間欠的に行われる装置などで、近年では油圧サーボを用いて速度コントロールができる装置なども開発されている。
（拘束せん断法）
拘束せん断法は，材料が高い圧縮応力状態下において大きな変形能を示す性質を利用し、亀裂による破断面を抑え、せん断面のみの平滑な切断面を得る方法である。クリアランスを０．０１〜０．０２ｍｍと小さくし、大きなクランプ力で材料のすべりを抑えつつ、ストッパーなどにより材料に圧縮軸力を発生させ、せん断加工部を静水圧圧縮応力状態にして、せん断加工が施される。拘束せん断法では、材料の工具への焼付きや、磨耗による工具寿命の低下が問題点である。
【０００４】
一般的には、前述の高速度せん断法と拘束せん断法とを組合せ、線軸に垂直で切断面の表面性状が良好となるようにせん断加工されている。しかし、「だれ」・「かえり」などの形状不良に対しては効果があまりなく、従来の方法ではこれらを改善することができない。また、ねじり切断法も従来から知られているが、単純にねじるだけの切断方法では切断箇所を制御できないため、長さ方向の寸法精度が悪く、また、切断面の表面性状も悪い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２２２５８号公報
【特許文献２】特開昭５１−１２９９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のせん断加工では、せん断のさいの材料引き込みによって、切断面端が丸くなってしまう「だれ」や、切断面延長上に生じるとがり状部分である「かえり」などの形状不良が発生してしまう（図１の右側の図参照）。
せん断加工が用いられているフォーマ加工などでは、せん断加工から最終のヘッダー鍛造までが一連の連続加工となっており、フォーマ加工機内で処理される。せん断加工の際に、「だれ」・「かえり」といった形状不良が発生すると、次工程までの運搬や、素材の位置決め・保持に支障が出ることに加え、ヘッダー加工中の材料流れも変化し、製品の寸法精度にも悪影響を与えてしまう。最悪では製品が生産できないというケースもある。そのため、「だれ」・「かえり」を取り除くため、予備鍛造や、端面のトリミング・研削などの形状を補修する追加工程が必要となり、コスト高を招いている。
前述のように、切断面形状を改善するせん断加工方法が、従来から提案されてきたが、まだまだ不十分である。特に「だれ」・「かえり」に対しては全く改善できていないのが実情で、未だに補修工程が必要不可欠である。
本発明は、切断の際の「だれ」・「かえり」を改善したせん断加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、せん断加工中にねじりを付加することによって、「だれ」および「かえり」の低減を狙ったことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、せん断加工中にねじりを付加するという簡単な構成により、「だれ」および「かえり」が大幅に改善される。また、単純なねじり切断では切断箇所を制御できないため、長さ方向の寸法精度が悪化してしまうが、せん断加工と組み合わせることにより、長さ方向の寸法精度を高められ、さらに、せん断加工により、単純なねじり切断による粗悪な切断面の表面性状が改善される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、せん断加工における理想的な切断面形状（左側の図）と、だれ・かえりの発生した実際の切断面形状（右側の図）を示した図である。
【図２】図２は、だれ高さ、かえり高さの測定方法を示した図である。
【図３】図３は、真円度の測定方法を示した図である。
【図４】図４は、だれ高さとクリアランスの関係を示した図である。
【図５】図５は、かえり高さとクリアランスの関係を示した図である。
【図６】図６は、真円度とクリアランスの関係を示した図である。
【図７】図７は、ねじり角度とだれ高さ、かえり高さの関係を示した図である。
【図８】図８は、切断面形状の比較した図である。
【図９】図９は、せん断力を静的に負荷した状態のねじり切断荷重を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ねじりを付加しつつ、線材をせん断するせん断加工方法を実現するための装置を作成して、ねじりを付加することが「だれ」や「かえり」に与える影響を検討した。
【実施例】
【００１１】
本発明の、ねじりを付加しつつ、線材をせん断するせん断加工方法を実施するための装置を作成し、線径１．９６ｍｍ低炭素鋼線Ｓ２０Ｃの焼鈍まま材を用いて実施した。焼鈍条件は加熱温度８５０℃とし、真空中で２ｈの保持時間とした。線材をチャックに取り付けた後、工具間のクリアランスを測定した。通常のせん断加工ではせん断変形を付与するため上下に移動する工具と、固定されたままの工具を用いるが、本装置では固定側の工具に電動モータによって回転を加え、線材にねじりを付与するようになっている。ねじりを付加することが「だれ」や「かえり」に与える影響を検討するために、せん断加工のみと本発明のねじりを加えたせん断加工とを線材に施し両者を比較した。
【００１２】
せん断加工のみでは、線材を設置した後、移動側の工具に衝撃荷重を付加し、せん断加工を行った。ねじり付与せん断では、線材を設置した後、所定のねじり角度までねじりを付与し、その状態を保持したまま、移動側の工具に衝撃荷重を加えせん断加工を行った。せん断加工後の線材の側面をマイクロスコープで撮影し、だれ高さ、かえり高さを図２のように定義して測定した。また、切断面を正面から撮影し、真円度を図３のようにせん断面に外接と内接する同心円において、内接円直径をＤ１、外接円直径をＤ２として、Ｄ１／Ｄ２で定義した。図４は縦軸にだれ高さを、横軸にクリアランスを示したグラフであり、図５は縦軸にかえり高さを、横軸にクリアランスを示したグラフ、図６は縦軸に真円度と横軸にクリアランスを示したグラフである。また、図７は、横軸に付加したねじり角度を、縦軸にだれ高さ・かえり高さを示したグラフである。
【００１３】
次に、極力小さくしたせん断荷重を、静的に負荷した状態で線材をねじり切断した。切断後の線材の側面および正面の写真をせん断のみ、ねじり付加せん断による切断後の線材の写真と併せて図８に示す。また、せん断荷重を図９に示す。
【００１４】
図４、図５では、プロットが下にあるほど、「だれ」、「かえり」が小さいことを表し、図６の真円度ではプロットが上にあるほど真円であることを表し、切断面形状が良好であることを意味する。そうすると、図４、図５より、クリアランスが小さくなるほど、「だれ」、「かえり」が減少していることが確認できる。また、せん断のみの加工方法とねじり付加せん断を比較すると、ねじりを付加したせん断加工では「だれ」・「かえり」が減少していることが確認できる。
図６より、真円度に関しても、ねじり付加せん断加工の結果が良好であることが確認できる。
このように、ねじり付与によって「だれ」、「かえり」が改善されることが示唆された。
また、図７において、付加するねじり角度を大きくするほど、「だれ」、「かえり」が減少していることが確認できる。よって、ねじりの効果を得るためには、ねじり角度をある一定以上にする必要がある。図７の例では、２００ｄｅｇｒｅｅ以上のねじり角度である。
【００１５】
ねじり付与によって「だれ」、「かえり」が低減した理由について考察する。せん断変形は工具間のクリアランス内で発生しているが、クリアランス外の材料が発生したせん断変形に引込まれてしまう。この材料の引込みが「だれ」の発生要因である。材料にねじりを付加すると円周方向の材料流れが発生する。この円周方向の材料流れにより、材料の引込みが緩和され、結果として「だれ」の低減につながったと考えられる。「かえり」についても、通常なら１箇所でとがり状として発生する「かえり」がねじりの円周方向材料流れにより、円周方向に分散され、「かえり」が低減されたと考えられる。
【００１６】
上記のとおり、ねじり付加によって、「だれ」「かえり」が低減したが、更なる改善を狙った。上記の例では、ねじりは静的にゆっくりと付加したのに対して、せん断荷重は、動的に衝撃として負荷した。
そこで、上記の例では、ねじりの円周方向材料流れの効果が不十分だったと仮定し、せん断荷重も静的に負荷した状態でのねじり切断を行った。その結果を、図８の右側の図（せん断力の静的負荷＋ねじり切断）に示す。なお、図８の左側の図（せん断のみ）は、従来のせん断のみの加工方法による結果を示しており、図８の中央の図（ねじり付加せん断）は、ねじり付加せん断の加工方法による結果を示すものである。図８からは、図８の右側の図の方が、図８の中央の図よりも、「だれ」・「かえり」が大幅に低減していることが観察される。さらに、図９に示すように、せん断荷重を静的に負荷した場合では、切断に必要なせん断荷重が大幅に減少していることが確認できる。図９において、右上がりに上昇しているグラフが従来のせん断のみの加工方法によるせん断荷重を示すものであり、約一定のグラフがせん断力の静的負荷＋ねじり切断における静的負荷されたせん断加重を示すものである。そして、このせん断荷重の低減も「だれ」・「かえり」の改善には有効に働いていると考えられ、また、せん断荷重の低下は工具への負担を軽減するため、工具寿命が延びることが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
以上のように本発明のせん断加工方法によれば、「だれ」・「かえり」が大幅に低減できるので、線材以外にも棒・管・角・形材などの条材の切断加工方法として適用することができる。
【図１】
2011016181.tif 000003
【図２】
2011016181.tif 000004
【図３】
2011016181.tif 000005
【図４】
2011016181.tif 000006
【図５】
2011016181.tif 000007
【図６】
2011016181.tif 000008
【図７】
2011016181.tif 000009
【図８】
2011016181.tif 000010
【図９】
2011016181.tif 000011