(57)【要約】【課題】歪みの発生を抑えつつ、所望の曲げ角度を有する金属板を容易に得ることができる金属板の加工方法を提供する。【解決手段】この金属板の加工方法では、レーザ光の照射部位においてステンレス鋼板１の表面から裏面までが液相状態となるようにレーザ光の走査を行っている。したがって、従来のように金属板裏面からの圧縮応力を利用して金属板の塑性変形を行う場合と比べると、液相状態となった金属部分がステンレス鋼板１の表面から裏面まで貫通している分、ステンレス鋼板１の隅部に加える力が小さくて済むので、ステンレス鋼板１の歪みの発生を抑えることが可能となる。また、レーザ光の走査１回あたりの曲げ角度を十分に確保できるので、所望の曲げ角度α°を有するステンレス鋼板１を容易に得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板にレーザ光を走査しながら照射し、前記レーザ光の走査線に沿って曲げ加工を行う金属板の加工方法であって、
前記金属板が曲げ予定線を中心として凹状に撓むように前記金属板の端部から力を加える工程と、
前記レーザ光の照射部位において前記金属板の表面から裏面までが液相状態となるように前記レーザ光の走査を行う工程とを備えたことを特徴とする金属板の加工方法。
【請求項２】
金属板にレーザ光を走査しながら照射し、前記レーザ光の照射部分に沿って曲げ加工を行う金属板の加工方法であって、
第１の金属板に第２の金属板を重ね合わせる工程と、
前記第２の金属板が曲げ予定線を中心として凹状に撓むように前記金属板の端部から力を加える工程と、
前記レーザ光の照射部位において前記第２の金属板の表面から少なくとも前記第１の金属板の一部までが液相状態となるように前記レーザ光の走査を行う工程とを備えたことを特徴とする金属板の加工方法。
【請求項３】
前記レーザ光の照射部位に金属を添加し、局部合金化又は局部改質を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の金属板の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いた金属板の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属板の加工方法として、例えば特許文献１に記載の折曲げ加工方法のように、金属板の折り曲げ予定線に沿ってレーザ光で溝加工を施し、パンチとダイとによって溝に沿って折り曲げる方法がある。しかしながら、この方法では溝を形成した箇所が肉薄となり、金属板の強度が低下するおそれがある。
【０００３】
一方、溝の形成を行わない曲げ加工方法として、レーザ光の照射によって金属板の厚み方向に温度勾配を生じさせ、温度上昇に伴う膨張によって降伏応力の低下した金属板表面が金属板裏面からの圧縮応力を受けて塑性変形することを利用した金属板の加工方法がある。例えば特許文献２に記載の加工方法では、金属板の変形させる部分にレーザ光を走査して加熱を行うと共に、レーザ光の走査線に沿って金属板を折り畳む方向に力を加えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２３８３３６号公報
【特許文献２】特開平６−１１４４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の加工方法では、金属板におけるレーザ光の照射部分が一定の強度を保つので、金属板を折り畳む方向に加える力を積極的に加えながらレーザ光の照射を行う必要がある。このため、金属板の厚さによっては金属板に歪みが生じてしまうおそれがある。一方、金属板の端部に力を加えず、レーザ光の照射による作用だけで金属板の曲げ加工を行うことも考えられる。しかしながら、金属板に力を加えない場合では、レーザ光の走査１回あたりの曲げ角度が小さい上、曲げ角度の制御ができないため、所望の曲げ角度を有する金属板を得ることは困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、歪みの発生を抑えつつ、所望の曲げ角度を有する金属板を容易に得ることができる金属板の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】
上記課題の解決のため、本発明に係る金属板の加工方法は、金属板にレーザ光を走査しながら照射し、レーザ光の走査線に沿って曲げ加工を行う金属板の加工方法であって、金属板が曲げ予定線を中心として凹状に撓むように金属板の端部から力を加える工程と、レーザ光の照射部位において金属板の表面から裏面までが液相状態となるようにレーザ光の走査を行う工程とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
この金属板の加工方法では、レーザ光の照射部位において金属板の表面から裏面までが液相状態となるようにレーザ光の走査を行っている。したがって、従来のように金属板裏面からの圧縮応力を利用して金属板の塑性変形を行う場合と比べると、液相状態となっている金属部分が金属板の表面から裏面まで貫通している分、金属板の端部に加える力が小さくて済むので、金属板の歪みの発生を抑えることが可能となる。また、レーザ光の走査１回あたりの曲げ角度を十分に確保できるので、所望の曲げ角度を有する金属板を容易に得ることができる。
【０００９】
また、本発明に係る金属板の加工方法は、金属板にレーザ光を走査しながら照射し、レーザ光の照射部分に沿って曲げ加工を行う金属板の加工方法であって、第１の金属板に第２の金属板を重ね合わせる工程と、第２の金属板が曲げ予定線を中心として凹状に撓むように金属板の端部から力を加える工程と、レーザ光の照射部位において第２金属板の表面から少なくとも第１の金属板の一部までが液相状態となるようにレーザ光の走査を行う工程とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
この金属板の加工方法は、第１の金属板と第２の金属板との重ね合わせ溶接と、第２の金属板の曲げ加工とを同時に行うものである。この金属板の加工方法では、レーザ光の照射部位において第２の金属板の表面から第１の金属板の一部までが液相状態となるようにレーザ光の走査を行っている。したがって、従来のように金属板裏面からの圧縮応力を利用して金属板の塑性変形を行う場合と比べると、液相状態となっている金属部分が金属板の表面から裏面まで貫通している分、第２の金属板の端部に加える力が小さくて済むので、第２の金属板の歪みの発生を抑えることが可能となる。また、レーザ光の走査１回あたりの曲げ角度を十分に確保できるので、所望の曲げ角度を有する第２の金属板を容易に得ることができる。
【００１１】
また、レーザ光の照射部位に金属を添加し、局部合金化又は局部改質を行うことが好ましい。これにより、金属板の曲げ加工部分の耐蝕性等を高めることができる。金属の添加方法としては、例えば粉末状の金属の添加やワイヤ状の金属の添加が挙げられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、歪みの発生を抑えつつ、所望の曲げ角度を有する金属板を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る金属板の加工方法によって加工された金属板を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る金属板の加工方法を示す斜視図である。
【図３】図２の後続の工程を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る金属板の加工方法を示す断面図である。
【図５】図４の後続の工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る金属板の加工方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る金属板の加工方法によって加工された金属板を示す図である。同図では、加工対象である金属板として、例えば長さ１０００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ１ｍｍのステンレス鋼板１を例示している。ステンレス鋼板１の中央部分には、曲げ加工部分Ｒ１が形成されている。この曲げ加工部分Ｒ１には、表面から裏面まで貫通している溶融凝固部Ｗ１が線状に形成されており、ステンレス鋼板１は、溶融凝固部Ｗ１に沿って所定の角度α°に折れ曲がった状態となっている。
【００１６】
図２は、ステンレス鋼板１の加工方法を示す斜視図である。図２に示すように、ステンレス鋼板１の曲げ加工を行うにあたっては、例えば加工治具２を用いる。加工治具２は、ステンレス鋼板１の大きさに対応するステージ３と、ステージの四隅に同一方向にそれぞれ設けられたスライドレール４と、スライドレール４上に配置されたクランプ部５とを備えている。
【００１７】
クランプ部５は、スライドレール４上でステージ３の面内方向に摺動自在に設けられたベース部６と、ベース部６上に設けられた把持部７とを有している。把持部７には、ステンレス鋼板１の凹部を差し込むための凹部が設けられており、当該凹部に差し込まれたステンレス鋼板１の隅部をボルト締めによって固定できるようになっている。
【００１８】
また、クランプ部５は、スライドレール４と直交して略水平方向に延びる軸を有し、ベース部６の上面に立設された支持部材８に対して回転自在に軸支されている。したがって、クランプ部５は、ステンレス鋼板１の隅部を把持した状態で、ステージ３の面内方向へのスライド及び軸周りの回転が同時に可能となっている。
【００１９】
このような加工治具２をセットした後、まず、各クランプ部５の凹部にステンレス鋼板１の隅部をそれぞれ差し込み、ボルト９を締めてステンレス鋼板１を固定する。次に、各クランプ部５からステンレス鋼板１の中央側に向かって力を加え、ステージ３側に向かって凸となるようにステンレス鋼板１を凹状に撓ませる。このとき、ステンレス鋼板１の中央部分、すなわち、ステンレス鋼板１の曲げ予定線Ｌ１の撓み量は、例えば３０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２０】
ステンレス鋼板１を曲げ予定線Ｌ１に沿って撓ませた後、ステンレス鋼板１の上方において曲げ予定線Ｌ１の一端にレーザヘッド１０を配置し、図３に示すように、曲げ予定線Ｌ１に沿ってレーザヘッド１０を走査しながらレーザ光の照射を行う。ステンレス鋼板１へのレーザ光の照射条件は、例えばパワーを４ｋＷ、走査速度を８ｍ／ｍｉｎとすることが好ましい。
【００２１】
このような照射条件により、レーザ光の照射部位においてステンレス鋼板１の表面から裏面までが液相状態となるようにレーザ光の走査がなされる。そして、液相状態となった金属部分にステンレス鋼板１の隅部から力が加わることによって、撓んだ状態のステンレス鋼板１が徐々に折り曲げられる。
【００２２】
この後、レーザヘッド１０を曲げ予定線Ｌ１の他端まで走査させると、ステンレス鋼板１の中央部分には、液相状態となった金属部分が冷却されることによって溶融凝固部Ｗ１が線状に形成され、溶融凝固部Ｗ１に沿って所定の角度α°に折れ曲がったステンレス鋼板１が得られる。
【００２３】
以上説明したように、この金属板の加工方法では、レーザ光の照射部位においてステンレス鋼板１の表面から裏面までが液相状態となるようにレーザ光の走査を行っている。したがって、従来のように金属板裏面からの圧縮応力を利用して金属板の塑性変形を行う場合と比べると、液相状態となった金属部分がステンレス鋼板１の表面から裏面まで貫通している分、ステンレス鋼板１の隅部に加える力が小さくて済むので、ステンレス鋼板１の歪みの発生を抑えることが可能となる。また、レーザ光の走査１回あたりの曲げ角度を十分に確保できるので、所望の曲げ角度α°を有するステンレス鋼板１を容易に得ることができる。
【００２４】
また、本実施形態の金属板の加工方法において、レーザヘッド１０に追従して金属粉末又はフィラーワイヤを供給するノズル（不図示）をレーザ光の照射部位に向けて配置し、レーザ光の照射部位に金属を添加するようにしてもよい。金属粉末を用いる場合、例えば溶融凝固部Ｗ１における含有率が２１％となるようにＣｒ粉末を添加することができる。Ｃｒ粉末のほか、Ｎｉ或いはＣｒとＮｉを所定の混合比（例えば２：１）で混合した粉末を用いることもできる。フィラーワイヤを用いる場合、金属材の材質に応じ、例えば金属材と同系列の素材を用いればよい。本実施形態の場合、例えばＳＵＳ３０８からなるフィラーワイヤを用いることができる。この場合、溶融凝固部Ｗ１の局部合金化又は局部改質により、ステンレス鋼板１の曲げ加工部分Ｒ１の耐蝕性等を高めることができる。
【００２５】
なお、ステンレス鋼板１における曲げ加工部分Ｒ１では、ステンレス鋼板１の隅部から加える力を一定とした場合に、ステンレス鋼板１に照射するレーザ光のスポット径が大きいほど曲げ半径が大きくなり、レーザ光のスポット径が小さいほど曲げ半径が小さくなる傾向にある。したがって、レーザのスポット径を調整することによって曲げ加工部分Ｒ１の曲げ半径を制御し、所望の形状の曲げ加工部分Ｒ１を有するステンレス鋼板１を得ることができる。
【００２６】
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る金属板の加工方法を示す断面図である。この第２実施形態に係る金属板の加工方法は、レーザ光の照射部位においてステンレス鋼板の表面から裏面までが液相状態となるようにレーザ光の走査を行う点で第１実施形態と共通するが、これを第１のステンレス鋼板２１と第２のステンレス鋼板２２との重ね合わせ溶接に応用する点で第１実施形態と相違している。
【００２７】
すなわち、第２実施形態では、まず、図４に示すように、第１のステンレス鋼板２１に第２のステンレス鋼板２２を重ね合わせ、第２のステンレス鋼板２が曲げ予定線Ｌ２を中心として凹状に撓むように、クランプ部５によって第２のステンレス鋼板２２の隅部から力を加える。
【００２８】
第２のステンレス鋼板２２を曲げ予定線Ｌ２に沿って撓ませた後、第２のステンレス鋼板２２の上方において曲げ予定線Ｌ２の一端にレーザヘッド１０を配置し、曲げ予定線Ｌ２に沿ってレーザヘッド１０を走査しながらレーザ光の照射を行う。ステンレス鋼板２１，２２へのレーザ光の照射条件は、例えばパワーを４ｋＷ、走査速度を６ｍ／ｍｉｎとすることが好ましい。
【００２９】
このような照射条件により、レーザ光の照射部位において第２のステンレス鋼板２２を貫通して第１のステンレス鋼板２１の中間部分までが液相状態となるようにレーザ光の走査がなされる。そして、第２のステンレス鋼板２２において液相状態となった金属部分にステンレス鋼板２２の隅部から力が加わることによって、図５に示すように、撓んだ状態の第２のステンレス鋼板２２が折り曲げられると共に、第１のステンレス鋼板２１と第２のステンレス鋼板２２とが溶融凝固部Ｗ２によって強固に接合される。
【００３０】
この金属板の加工方法では、レーザ光の照射部位において第２のステンレス鋼板２２の表面から第１のステンレス鋼板２１の一部までが液相状態となるようにレーザ光の走査を行っている。したがって、従来のように金属板裏面からの圧縮応力を利用して金属板の塑性変形を行う場合と比べると、液相状態となっている金属部分が第２のステンレス鋼板２２の表面から裏面まで貫通している分、第２のステンレス鋼板２２の端部に加える力が小さくて済むので、第２のステンレス鋼板２２の歪みの発生を抑えることが可能となる。また、レーザ光の走査１回あたりの曲げ角度を十分に確保できるので、所望の曲げ角度を有する第２のステンレス鋼板２２を容易に得ることができる。
【００３１】
また、この金属板の加工方法では、第１のステンレス鋼板２１と第２のステンレス鋼板２２との重ね合わせ溶接と、第２のステンレス鋼板２２の曲げ加工とを同時に実現できるので、工程の簡単化が図られる。この金属板の加工方法で得られる接合体は、例えば鉄道車両に用いる構造用補強材などに適用できる。
【００３２】
本実施形態の金属板の加工方法においても、レーザヘッド１０に追従して金属粉末或いは金属ワイヤを供給するノズルをレーザ光の照射部位に向けて配置し、レーザ光の照射部位に金属を添加するようにしてもよい。この場合、溶融凝固部Ｗ２の局部合金化又は局部改質により、ステンレス鋼板２１，２２の曲げ加工部分Ｒ２の耐蝕性等を高めることができる。レーザのスポット径を調整することによって曲げ加工部分Ｒ２の曲げ半径を制御できる点については、第１実施形態と同様である。
【符号の説明】
【００３３】
１…ステンレス鋼板、１０…レーザヘッド、２１…第１のステンレス鋼板、２２…第２のステンレス鋼板、Ｌ１，Ｌ２…曲げ予定線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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