(57)【要約】【課題】せん断面の寸法精度に優れ、平滑で破断面の少ないせん断面が得られるとともに、精密塑性加工装置のハイサイクル化を可能とする。【解決手段】  パンチ１１でワークＷを打ち抜く際、ストリッパプレート２０の押込み突起２３をワークＷに圧入させ（一次圧入・加工工程）、加工方向に対して垂直の方向（水平方向）に広がろうとする応力を押込み突起２３で押さえ込みながらパンチ１１の刃先１１ａをワークＷに打ち込む。パンチ１１の刃先１１ａが押込み突起２３の圧入量を超えてワークＷの中程まで達すると、パンチ１１の打抜き動作と連動して押込み突起２３を更にワークＷに圧入させる二次圧入動作を開始し、この押込み突起２３の二次圧入動作によってワークＷのせん断部分にワークＷの材料を供給する（二次圧入・加工工程）。これにより、せん断部分での材料が流動化し、材料不足による破断面が生じることなく、綺麗なせん断面が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動治具と固定治具によりワークを塑性加工して製品を得る塑性加工方法であって、該可動治具の近傍には先鋭状の押込み突起部を設けておき、
（ａ）前記可動治具の下降動作に伴って前記先鋭状の押込み突起部を前記可動治具に先行してワークに対して圧入させて、塑性加工時のワーク材料の流動性を高めると同時にワークに圧縮応力を付加させて可動治具によって加工する一次圧入・加工工程と、
（ｂ）前記可動治具の更なる駆動により該可動治具によるワークの塑性加工をより進行させることにより、前記可動治具を前記先鋭状の押込み突起部よりも先行した状態において、前記可動治具の下降動作と共動して前記押込み突起を前記ワークに対して更に押し込み、塑性加工時のワーク材料の流動性を高めると同時にワークに圧縮応力を付加させて可動治具によって加工する二次圧入・加工工程と
を備えたことを特徴とする精密塑性加工方法。
【請求項２】
パンチと、ダイと、パンチと連動してダイに対して昇降自在に配置されたノックアウトパンチと、前記パンチの外側近傍において先鋭状の押込み突起を形成したストリッパプレートを備え、前記ストリッパプレートとダイ及びパンチとノックアウトパンチとによってワークを挟み付けながらワークを打ち抜き加工する塑性加工方法において、前記パンチの外側近傍において先鋭状の押込み突起を形成したストリッパプレートを備えておき、
（ａ）前記パンチが前記ワーク面に接触する前に前記ストリッパプレートの押込み突起をワークに圧入させて前記塑性加工部の周囲に前記押込み突起をワークに対して圧入して塑性加工時のワーク材料の流動性を高めると同時にワークに圧縮応力を付加させてパンチによって加工する一次圧入・加工工程と、
（ｂ）前記パンチの更なる駆動によりワークの塑性加工をより進行させて、前記パンチを前記ストリッパプレートの押込み突起部よりも先行した状態において、前記パンチを打ち込みながら、それと共動させて前記ストリッパプレートの押込み突起を前記ワークに対して更に押し込み塑性加工時のワーク材料の流動性を高めると同時にワークに圧縮応力を付加させてパンチによって加工する二次圧入・加工工程と
を備えたことを特徴とする精密塑性加工方法。
【請求項３】
可動治具と固定治具によりワークを塑性加工して製品を得る塑性加工方法であって、該可動治具の近傍には先鋭状の押込み突起部を設けておき、該ワークの塑性加工が、
ワークの塑性加工部の周囲に前記押込み突起を所定量まで圧入させてワーク材料の流動性を制御してワークの塑性加工部分に材料を供給しながら塑性加工を行う一次圧入・加工工程と、前記押込み突起の更なる圧入動作によりワーク材料の流動性を高めることによってワークの塑性加工部分に更に材料を供給しながら塑性加工を行う二次圧入・加工工程とを備えたことを特徴とする精密塑性加工方法。
【請求項４】
前記押込み突起の更なる押し込み動作を、前記可動治具又はパンチの下降動作に同期させて動作させるように構成したことを特徴とする請求項１乃至３の内の一つの請求項記載の精密塑性加工方法。
【請求項５】
可動治具と固定治具によりワークを塑性加工して製品を得る塑性加工装置であって、可動治具の下降動作に伴って前記製品に掛からないワークの製品近傍部分に対して圧入させる先鋭状の押込み突起部を備え、該押込み突起部の先端部は前記可動治具の先頭よりも先行して配置されており、前記可動治具が前記ワーク面に接触する前に、前記押込み突起部を前記ワークに圧入させて塑性加工時のワーク材料の流動性を高め、前記可動治具の更なる駆動により該可動治具によるワークの塑性加工が更に進行した状態で、前記押込み突起を前記可動治具の下降動作と共動して更に押し込むように構成したことを特徴とする精密塑性加工装置。
【請求項６】
ワークを載置するダイと、このダイと対向して配置されるストリッパプレートと、このストリッパプレートに摺動自在に配置されるパンチと、前記ストリッパプレートの下面側に設けた押込み突起と、前記パンチと対向して前記ダイに摺動自在に配置されるノックアウトパンチと、前記パンチを昇降駆動する昇降駆動手段と、前記押込み突起をワークに圧入する圧入駆動手段とを備えており、該圧入駆動手段は、前記パンチが前記ワーク面に接触する前に前記押込み突起をワークに圧入させる構成を備え、前記パンチの更なる駆動により該パンチによるワークの塑性加工がより進行した状態で、前記昇降駆動手段により前記パンチの打ち込み動作と共動して、前記押込み突起の更なる押し込み動作を行うように構成したことを特徴とする精密塑性加工装置。
【請求項７】
前記押込み突起の更なる押し込み動作を、カム機構により、前記可動治具又はパンチの下降動作に共動して動作させるように構成したことを特徴とする請求項５又は６記載の精密塑性加工装置。
【請求項８】
前記押込み突起の更なる押し込み動作を、所定の厚みを持った係合リングにより、前記可動治具又はパンチの下降動作に同期させて動作させるように構成したことを特徴とする請求項５又は６記載の精密塑性加工装置。
【請求項９】
前記ストリッパプレートは前記パンチを摺動自在に嵌合する挿通孔を備え、前記押込み突起は、その内側と前記挿通孔とが連続した面で構成されていることを特徴とする請求項６記載の精密塑性加工装置。
【請求項１０】
前記可動治具と固定治具の少なくとも塑性加工部表面にＷＰＣ処理やショットピーニング処理の金属表面処理を施したことを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５記載の精密塑性加工装置。
【請求項１１】
前記パンチと、ダイの少なくとも塑性加工部表面にＷＰＣ処理やショットピーニング処理の金属表面処理を施したことを特徴とする請求項２、請求項４、請求項６記載の精密塑性加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高価なファインブランキングプレス装置を使用せずに、安価な汎用プレス装置でファインブランキング加工と同等以上の精密塑性加工を達成できる精密塑性加工方法及びその装置に関する。特に、本発明は、パンチによる打ち抜きやせん断或いはハーフ抜き加工等のせん断面を製品の外周面とする塑性加工の際に、そのせん断加工工程のほぼ全体に渡って、ワークの塑性加工部分における材料の流動性を制御する精密塑性加工方法及びその方法を実現する精密塑性加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワークを汎用プレス装置により打ち抜く等のせん断加工では、せん断部分にマイクロクラックの発生は避けられないためにそのせん断面は粗くなってしまい、そのせん断面を製品の外周面とする場合には、打抜き等のせん断加工の後に、せん断面を切削・研削等により仕上げ加工をしないと所望の断面性状及び加工精度が得られなかった。このため、打ち抜き後のせん断面に対して切削・研削等の仕上げ加工を必要としない精密せん断加工方法として、例えば特許文献１〜３などに示すようなファインブランキング（Ｆｉｎｅ  Ｂｌａｎｋｉｎｇ）加工、或いは非特許文献１及び２に示すようなＦＨＳ（Ｆｉｎｅ  Ｈｏｌｄ  Ｓｔａｍｐｉｎｇ）工法と呼ばれる精密加工方法が知られている。
【０００３】
このファインブランキング加工とは、クリアランスの小さいパンチとダイを用いて、加工面を囲んで先端がナイフエッジ状のリングを形成した板押さえ部材と逆押さえ部材を備え、ナイフエッジ状のリングをワークに圧入させてワーク材料の内部に高い圧縮応力を発生させ、ワーク材料の延性を高めてせん断面でのクラックの発生を防ごうとするものであり、破断部分のない垂直で綺麗なせん断面を得ることを目的とする精密加工方法である。つまり、ワークの加工部分の材料に垂直方向に押え込みつつ、打抜孔を囲む断面Ｖ型の環状押込み突起をワークに圧入して打抜孔の周囲に環状断面Ｖ型の溝を形成し、これによって、せん断面付近の被加工材の延性を高めて平滑で破断面の少ないせん断加工面が得ようとする加工方法である。
【０００４】
これと同様な精密加工技術を実用化したものとして、非特許文献１及び非特許文献２にはＦＨＳ工法が開示されており、「・・・そこでＦＨＳでは、この材料の「逃げ」を防止するために、型の形を変更、型で材料を押さえて「逃げ」が発生しないようにしたのだ。この機構を取り入れたことで、型と材料がずれることがなく、精密な加工をすることが可能になった・・・」及び「ＦＢでは，ブランクの側面方向に素材が逃げる余地がある。ＦＨＳでは，パンチによってブランク側面を覆うことで素材の逃げを防いでいる。」と記載されている。
【０００５】
特許文献１には、スプロケットの歯部を形成するに際し、打抜き加工と同時もしくは別工程にて、スプロケットの歯底形成部位の少し内側にコイニングによるＶ溝を形成させることにより、歯面精度を大幅に向上させることを目的とし、鋼板製スプロケットは、プレスにより鋼板製の皿状本体の外周面全域にわたって歯形を形成させたスプロケットにおいて、スプロケットの上面もしくは下面の歯底の内径側に、歯底形状に沿って連続もしくは非連続のコイニング加工によるＶ溝が形成されていることを特徴とする技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、精密打抜き方法に関し、廉価にして保守が容易であるにもかかわらず、従来のファインブランキングや対向ダイス法を凌駕することを目的とし、油圧プレスにより上型及び下型の押込み突起を素材の表裏面に押込み深溝を成形することにより素材の表裏面の対向位置に金属流動阻害壁を形成する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、ファインブランキング加工により形成されたスプロケットの問題点を解消し、二回の加工工程により、歯先形状を形成したスプロケットを提供することを目的とし、プレス加工によって、圧縮成形される鋼板製スプロケットにおいて、歯先先端形状の裏面が、前記ファインブランキング加工に用いられるダイの切刃形状によって、断面Ｒ形状に形成された後、前記歯先先端形状の表面が、プレス加工によって前記断面Ｒ形状とほぼ同形に形成されることにより課題を解決する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１４４９号公報
【特許文献２】特開２００２−３３１３２１号公報
【特許文献３】特開２００７−２１６２９３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｙｏｔａ−ｂｏｓｈｏｋｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｄｆｓｅｔ／ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ／  ｍａｎｕａｌ／ｍｒ２００８／ｐ１９−２２．ｐｄｆ  特集「世界トップクラスの高速加工、精度を求めて革新的プレス工法の開発に挑む。」
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｔｅｃｈｏｎ．ｎｉｋｋｅｉｂｐ．ｃｏ．ｊｐ／ａｒｔｉｃｌｅ／ＮＥＷＳ／２００８０８２１／  １５６６９４／「厚鋼板を１００ｓｐｍで精密プレス加工，トヨタ紡織が新工法「ＦＨＳ」の一端を明らかに」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
昨今では、国際的に環境保護の意識が高まるなか、例えば、環境負荷低減のため自動車メーカーが掲げる「２０１０年ＣＯ２排出１０％低減目標」を達成するにあたり、車体や駆動部品等の軽量化が求められている。加えて、自動車メーカーおよび部品メーカーの海外生産が拡大するなかで、国際競争力のあるコスト低減にあたり、高機能と高生産性の両立が求められている。このような状況で、金属プレス加工は生産性が高く部品の低コスト化に有効なプロセスであることから、自動車メーカーは金属プレス加工の採用を拡大したいとのニーズがある。そして、金属プレス加工製品の生産方法としては上述したファインブランキング工法と一般プレス工法がある。そして、ファインブランキング工法は加工精度が高く、従来、プレス加工後に工作機械によって仕上げ加工を必要としていたプレス製品も、後加工することなくプレス加工のみで生産出来る寸法精度に優れた加工方法であることから、ギヤ、ブレーキ、トランスミッション部品等高機能部品に適用されている。しかし、その反面、生産速度が遅いことや一般プレスと比較しファインブランキング工法専用のファインブランキングプレス装置が必要不可欠である等の問題点がある。一方、一般プレス工法は、製品精度が低いとの問題点がある反面、生産速度が速いことや汎用性の高いプレス機で加工ができるとする長所もある。
【００１１】
つまり、一般的なプレス装置のサイクル数は１分間でほぼ８０ストローク（８０ストローク／ｍｉｎ）であるの対し、ファインブランキング加工では３０ストローク／ｍｉｎ程度でしかワークを打ち抜くことができない。そして、ファインブランキングでは、一般的なプレス金型のように８０ストローク／ｍｉｎまでハイサイクル化すると、せん断面付近での材料の流動がパンチの打抜速度に追従できず、破断面が発生してしまい所望の品質は得られないという課題が内在している。
【００１２】
これに対して、非特許文献１及び２に記載されたＦＨＳ工法によると、「板厚４．３ミリの鉄板のプレス加工で、１分間に約１００個の生産可能、さらに良品率もほぼ１００％というもの。」と記載しており、１分間で１００ストロークが実現できたとしているが、上記課題の具体的な解決手段は、型で材料を押さえて「逃げ」の発生を防ぐとした手段以外は、当該文献の記載からだけでは明確ではない。
【００１３】
本発明は、多くのファインブランキング加工技術が知られているなかで、高価なファインブランキングプレス装置を使用することなく、安価な汎用プレス装置を用いて、高価なファインブランキング装置によるファインブランキング加工と同等以上の精密せん断加工を達成することを課題としているものである。つまり、本発明は、汎用プレス装置を用いることによってハイサイクル化を可能として生産性を高め、かつ、せん断面が良好で寸法精度にも優れ、平滑で破断面の少ないせん断面とすることが可能で、より安価で品位の高い製品を得ることのできる精密せん断加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１４】
このように本発明は、使用プレスとして、高価なファインブランキングプレスを使用せず安価な汎用プレス装置でファインブランキング加工以上の精密せん断加工を実現しようとするものであり、製品精度としてはせん断面製品精度は±０．０１ｍｍ、面粗度はＲａ１．６μｍ、生産性としてはストローク数は８０ストローク／ｍｉｎ、型寿命／１研磨は１０万ショットを目標とするものである。
【００１５】
本発明を含め、以上のようなファインブランキング加工においては、綺麗なせん断面が得られる理由として、加工部分での材料の延性を高める、或いは材料の流動性を高めるとの作用を説明しているのが一般的である。しかしながら、この作用効果についての明確な技術的検証は未完な部分も残っている。そこで、本発明においては、加工部分への材料の流動性を高める作用効果に着目して、材料の「流動性」又は「流動性を高める」等の用語を用いて説明するが、本発明の機能を技術的に厳格に限定的解釈することを意図しているものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１記載の精密塑性加工方法は、可動治具と固定治具によりワークを塑性加工して製品を得る塑性加工方法であって、該可動治具の近傍には先鋭状の押込み突起部を設けておき、
（ａ）前記可動治具の下降動作に伴って前記先鋭状の押込み突起部を前記可動治具に先行してワークに対して圧入させて、塑性加工時のワーク材料の流動性を高めると同時にワークに圧縮応力を付加させて可動治具によって加工する一次圧入・加工工程と、
（ｂ）前記可動治具の更なる駆動により該可動治具によるワークの塑性加工をより進行させることにより、前記可動治具を前記先鋭状の押込み突起部よりも先行した状態において、前記可動治具の下降動作と共動して前記押込み突起を前記ワークに対して更に押し込み、塑性加工時のワーク材料の流動性を高めると同時にワークに圧縮応力を付加させて可動治具によって加工する二次圧入・加工工程と
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項１の精密塑性加工方法によれば、ワークに押込み突起の一部を食い込ませる一次圧入・加工工程を行った状態で可動治具を下降させて可動治具と固定治具による一次の塑性加工動作が開始される。この可動治具による塑性加工動作中に押込み突起を更に前記ワークに押し込む二次圧入・加工工程を開始することにより、塑性加工部分への材料の更なる流動化を円滑に行ない、同時にワークに圧縮応力を付加させ、二次の塑性加工動作においてもマイクロクラックによる破断面の発生を抑制することが可能となる。
【００１８】
請求項２記載の精密塑性加工方法は、パンチと、ダイと、パンチと連動してダイに対して昇降自在に配置されたノックアウトパンチと、前記パンチの外側近傍において先鋭状の押込み突起を形成したストリッパプレートとを備え、前記ストリッパプレートとダイ及びパンチとノックアウトパンチとによってワークを挟み付けながらワークを打ち抜き加工する塑性加工方法において、
（ａ）前記パンチが前記ワーク面に接触する前に前記ストリッパプレートの押込み突起をワークに圧入させて前記塑性加工部の周囲に前記押込み突起をワークに対して圧入して塑性加工時のワーク材料の流動性を高めると同時にワークに圧縮応力を付加させてパンチによって加工する一次圧入・加工工程と、
（ｂ）前記パンチの更なる駆動によりワークの塑性加工をより進行させて、前記パンチを前記ストリッパプレートの押込み突起部よりも先行した状態において、前記パンチを打ち込みながら、それと共動させて前記ストリッパプレートの押込み突起を前記ワークに対して更に押し込み塑性加工時のワーク材料の流動性を高めると同時にワークに圧縮応力を付加させてパンチによって加工する二次圧入・加工工程と
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項２の精密塑性加工方法によれば、ワークに押込み突起の一部を食い込ませる一次圧入・加工工程を行った状態でパンチを下降させてパンチの刃先部による一次の塑性加工動作が開始される。このパンチによる塑性加工動作中に押込み突起を更に前記ワークに押し込む二次圧入・加工工程を開始することにより、塑性加工部分における材料の更なる流動化が円滑に行われ、同時にワークに圧縮応力を付加させ、二次の塑性加工動作においてもマイクロクラックによる破断面の発生を抑制することが可能となる。
【００２０】
請求項３記載の精密塑性加工方法は、可動治具と固定治具によりワークを塑性加工して製品を得る塑性加工方法であって、該可動治具の近傍には先鋭状の押込み突起部を設けておき、該ワークの塑性加工が、
ワークの塑性加工部の周囲に前記押込み突起を所定量まで圧入させてワーク材料の流動性を制御してワークの塑性加工部分に材料を供給しながら塑性加工を行う一次圧入・加工工程と、前記押込み突起の更なる圧入動作によりワーク材料の流動性を高めることによってワークの塑性加工部分に更に材料を供給しながら塑性加工を行う二次圧入・加工工程とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項３の精密塑性加工方法によれば、例えば板厚６ｍｍ前後のワークをパンチによって打ち抜く際、押込み突起をワークに０．９ｍｍ程度食い込ませる一次圧入・加工工程を行った状態でワークの塑性加工が行われる。この際、ワークに食い込んだ押込み突起により、ワーク材料がパンチの加工方向に対して垂直の方向（水平方向）に広がろうとするなかで、パンチの刃先部によりワークの打込みが開始される。この後、パンチの刃先部が前記押込み突起の一次圧入量（０．９ｍｍ）を超えて、例えば、ワークに対してワーク板圧の半分程度の３ｍｍ程の深さまで達した状態で押込み突起を更にワークに食い込ませる二次圧入・加工動作を開始する。この押込み突起の二次圧入・加工動作によってワークの塑性加工部分に更にワークの材料が供給され、塑性加工部分における更なる材料の流動化が円滑に行われると同時にワークに圧縮応力を付加させることになり、パンチを高速化しても塑性加工部分の材料不足による破断面が生じることなく、綺麗な塑性加工面が得られる。
【００２２】
請求項４記載の精密塑性加工方法は、前記押込み突起の更なる押し込み動作を、前記可動治具又はパンチの下降動作に同期させて動作させるように構成したことを特徴とする。
【００２３】
請求項４の精密塑性加工方法によれば、押込み突起の二次圧入・加工動作の際の塑性加工部分への更なるワーク材料の供給が、可動治具又はパンチの動きに同期して達成され、塑性加工部分における更なる材料の流動化が円滑に行われると同時にワークに圧縮応力を付加させることになり、パンチを高速化しても塑性加工部分の材料不足による破断面が生じることなく、綺麗な塑性加工面が得られる。
【００２４】
請求項５記載の精密塑性加工装置は、可動治具と固定治具によりワークを塑性加工して製品を得る塑性加工装置であって、可動治具の下降動作に伴って前記製品に掛からないワークの製品近傍部分に対して圧入させる先鋭状の押込み突起部を備え、該押込み突起部の先端部は前記可動治具の先頭よりも先行して配置されており、前記可動治具が前記ワーク面に接触する前に、前記押込み突起部を前記ワークに圧入させて塑性加工時のワーク材料の流動性を高め、前記可動治具の更なる駆動により該可動治具によるワークの塑性加工が更に進行した状態で、前記押込み突起を前記可動治具の下降動作と共動して更に押し込むように構成したことを特徴とする。
【００２５】
請求項５の精密塑性加工装置によれば、ワークを固定治具上に載置し、押込み突起の下降を開始すると、ワークの上面に押込み突起が接触した後、押込み突起を下降させることによって押込み突起がワークに圧入する一次圧入・加工工程を実現する。この一次圧入・加工工程によって、ワークには可動治具の刃先部を囲む断面Ｖ字状の溝部が形成される。このように、押込み突起と固定治具とでワークを上下から挟み付けた状態で可動治具の打ち込み動作を開始する。そして、可動治具の刃先部が記押込み突起の一次圧入量を超えて押込み突起の溝部より深い位置まで達すると、可動治具の打ち込み動作と共動して、押込み突起を更にワークに食い込ませる二次圧入・加工工程が開始される。この押込み突起の更なる押し込み動作と可動治具による打ち込み動作が共に進行することにより、ワークの塑性加工部分には押込み突起の圧入動作によって更にワーク材料が供給されると同時にワークに圧縮応力を付加させることになる。
【００２６】
請求項６記載の精密塑性加工装置は、ワークを載置するダイと、このダイと対向して配置されるストリッパプレートと、このストリッパプレートに摺動自在に配置されるパンチと、前記ストリッパプレートの下面側に設けた押込み突起と、前記パンチと対向して前記ダイに摺動自在に配置されるノックアウトパンチと、前記パンチを昇降駆動する昇降駆動手段と、前記押込み突起をワークに圧入する圧入駆動手段とを備えており、該圧入駆動手段は、前記パンチが前記ワーク面に接触する前に前記押込み突起をワークに圧入させる構成を備え、前記パンチの更なる駆動により該パンチによるワークの塑性加工がより進行した状態で、前記昇降駆動手段により前記パンチの打ち込み動作と共動して、前記押込み突起の更なる押し込み動作を行うように構成したことを特徴とする。
【００２７】
請求項６の精密塑性加工装置によれば、ワークをダイ上に載置し、圧入駆動手段により押込み突起の下降を開始すると、ワークの上面に押込み突起が接触した後、押込み突起を下降させることによって押込み突起がワークに圧入する一次圧入・加工工程を実現する。この一次圧入・加工工程によって、ワークにはパンチの刃先部を囲む断面Ｖ字状の溝部が形成される。このように、押込み突起とダイとでワークを上下から挟み付けた状態でパンチの打ち込み動作を開始する。そして、パンチの刃先部が記押込み突起の一次圧入量を超えて押込み突起の溝部より深い位置まで達すると、パンチの打ち込み動作と共動して、押込み突起を更にワークに食い込ませる二次圧入・加工工程が開始される。この押込み突起の更なる押し込み動作とパンチによる打ち込み動作が共に進行することにより、ワークの塑性加工部分には押込み突起の圧入動作によって更にワーク材料が供給されると同時にワークに圧縮応力を付加させることになる。
【００２８】
請求項７の精密塑性加工装置は、前記押込み突起の更なる押し込み動作を、カム機構により、前記可動治具又はパンチの下降動作に共動して動作させるように構成したことを特徴とする。
【００２９】
請求項７の精密塑性加工装置によれば、押込み突起の二次圧入動作の際の塑性加工部分への更なるワーク材料の供給が、可動治具又はパンチの動きに共動して達成され、塑性加工部分における更なる材料の流動化が円滑に行われると同時にワークに圧縮応力を付加させることになり、綺麗な塑性加工面が得られる。カム形状の適宜選択により、ワーク材質に対応した材料の流動性を得ることもできる。
【００３０】
請求項８の精密塑性加工装置は、前記押込み突起の更なる押し込み動作を、所定の厚みを持った係合リングにより、前記可動治具又はパンチの下降動作に同期させて動作させるように構成したことを特徴とする。
【００３１】
請求項８の精密塑性加工装置によれば、押込み突起の二次圧入動作の際の塑性加工部分への更なるワーク材料の供給が、可動治具又はパンチの動きに同期して達成され、塑性加工部分における更なる材料の流動化が円滑に行われると同時にワークに圧縮応力を付加させることになり、パンチを高速化しても材料不足による破断面が生じることなく、綺麗な塑性加工面が得られる。
【００３２】
請求項９の精密塑性加工装置は、前記ストリッパプレートは前記パンチを摺動自在に嵌合する挿通孔を備え、前記押込み突起の内側傾斜面と前記挿通孔とが連続した面で構成されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項９記載の精密塑性加工装置によれば、パンチによって形成されるワークの塑性加工部と、押込み突起による溝部とが連続した面で構成されるから、この溝部とワークの塑性加工部との距離が近いほど押込み突起による垂直方向への材料の流動化の効果が高く、また、押込み突起の二次圧入・加工工程時において押込み突起による更なる材料の流動化もより円滑に行われると同時にワークに圧縮応力を付加させることができる。
【００３４】
請求項１０の精密塑性加工装置は、前記可動治具と固定治具の少なくとも塑性加工部表面にＷＰＣ処理やショットピーニング処理の金属表面処理を施したことを特徴とする。
【００３５】
請求項１０の精密塑性加工装置によれば、可動治具と固定治具の少なくとも塑性加工部表面は、ＷＰＣ処理やショットピーニング処理により表面に微細で靭性に富む緻密な組織が形成され高硬度化されている。同時に、微小ディンプルへ変化させることによって、可動治具と固定治具の表面性状としての摩擦摩耗特性が向上し、かつ、このディンプルは潤滑油のオイル溜まりになり潤滑作用も向上させている。
【００３６】
請求項１１の精密塑性加工装置は、前記パンチと、ダイの少なくとも塑性加工部表面にＷＰＣ処理やショットピーニング処理の金属表面処理を施したことを特徴とする。
【００３７】
請求項１０の精密塑性加工装置によれば、パンチと、ダイの少なくとも塑性加工部表面は、ＷＰＣ処理やショットピーニング処理により表面に微細で靭性に富む緻密な組織が形成され高硬度化されている。同時に、微小ディンプルへ変化させることによって、可動治具と固定治具の表面性状としての摩擦摩耗特性が向上し、かつ、このディンプルは潤滑油のオイル溜まりになり潤滑作用も向上させている。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の精密塑性加工方法及び精密塑性加工装置によれば、高価なファインブランキングプレス装置を使用せずに、安価な汎用プレス装置でファインブランキング加工と同等以上の精密塑性加工を達成できるものである。
【００３９】
そのために、本発明の精密塑性加工方法及び精密塑性加工装置によれば、例えば、塑性加工として、パンチ（可動治具）でワークを打ち抜く場合、一次圧入・加工工程で押込み突起をワークに圧入することによって、ワーク材料がパンチの加工方向に対して垂直の方向（水平方向）に広がろうとするなかで、パンチの刃先部によりワークの塑性加工工程が開始される。そして、パンチの刃先部が一次圧入・加工工程での押込み突起の深さ以上まで達した段階で、押込み突起の二次圧入動作を開始することにより、押込み突起の二次圧入動作により塑性加工部分に更なるワーク材料が安定的に供給されるため、塑性加工部分における材料の更なる流動化が円滑に行われると同時にワークに圧縮応力を付加させる。したがって、精密塑性加工装置をハイサイクル化しても塑性加工部分の材料不足による破断面が生じることなく、綺麗なせん断面が得られ、製品の寸法精度も向上する。また、精密塑性加工装置をハイサイクル化することにより、生産性を向上することができるとともに高価なファインブランキングプレス装置を使用することなく、安価な汎用プレス装置でファインブランキング加工と同等以上の精密せん断加工を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】汎用プレス装置に本発明の精密塑性加工装置を組み付けた状態の実施例１を示す断面図である。
【図２】同上、二次圧入・加工工程におけるパンチ部分を示す断面図である。
【図３】同上、打ち抜き終了工程におけるパンチ部分の拡大断面図である。
【図４】同上、パンチの打抜き動作を示す断面図であり、図４（ａ）はパンチを打抜き動作前、図４（ｂ）は押し込み突起のワーク表面への接触時点を示している。
【図５】同上、パンチの打抜き動作を示す断面図であり、図５（ａ）はワーク表面への接触時点を示し、図５（ｂ）は一次圧入・加工の終了工程を示している。
【図６】同上、パンチの打抜き動作を示す断面図であり、図６（ａ）二次圧入・加工工程、図６（ｂ）は打抜き動作の終了工程を示している。
【図７】同上、パンチとストリッパプレート及びノックアウトパンチの動作のタイミングを示す説明図である。
【図８】同上、製品が打ち抜かれた後の状態を示すワークの一部を断面とした示した斜視図である。
【図９】同上、本発明の実施例２におけるパンチの打抜き動作を示す精密塑性加工装置の断面図であり、図９（ａ）パンチの打抜き動作前、図９（ｂ）は押し込み突起の一次圧入・加工工程、図９（ｃ）は押し込み突起の二次圧入・加工工程を示している。
【図１０】本発明の精密塑性加工装置における潤滑油循環回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図を参照して説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反さない範囲で、実施例において説明した以外のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。なお、本実施例では精密塑性加工としてパンチによってワークを打ち抜いて製品を成形する打抜き加工を例として説明する。
【実施例１】
【００４２】
図１は、従来から公知の汎用プレス装置（プレス装置そのものは、本発明に直接的に関係するものではないので全体は図示せず）に、本発明の精密塑性加工装置を組み付けた状態の図面である。全体を１で示す本発明の精密塑性加工装置は、上下方向に接離移動可能な上金型１０と下金型５０とからなる。上金型１０は、汎用プレス装置の駆動手段（ハイサイクルを実現するものであれば、メカ方式でも油圧方式でも良い）によって駆動される上型ベースプレート１３に対して、複数本の固定ボルト１９により取り付けられている。この上金型１０は、可動治具としてパンチ１１を固定する上側ダイセット１２、パンチ１１へ駆動力を伝達するプレッシャ部材１５、塑性加工時に材料の流動性を制御するストリッパプレート２０、該ストリッパプレート２０の圧入駆動力伝達手段としての油圧ピストン１７等を備えている。下金型５０は、汎用プレス装置の下型ベースプレート５３に取り付けられている。この下金型５０は、固定治具としてのダイ５１、このダイ５１を固定する下型ダイセット５２等を備えている。
【００４３】
これにより、鋼板などのワークＷ（一般的には帯状の材料であり、図１の図面に垂直方向を長手方向とした帯状体を呈している）をダイ５１に載置し、汎用プレス装置を駆動し、その駆動力は上型ベースプレート１３、プレッシャ部材１５等を介してパンチ１１に伝達され、パンチ１１を下降させてワークＷから製品Ｓを打ち抜くものである（図６（ｂ）参照。図６は本発明の説明用であるが、概観は従来例のワークＷと製品Ｓと同様であるので参照する）。ここまでの打ち抜き構造及び工程は従来から知られているものである。
【００４４】
上金型１０は、打ち抜かれるべき製品Ｓの形状と同じ形状で全体として概略柱状体（図示の実施例では概略角柱状）のパンチ１１を、汎用プレス装置の駆動サイクルに同期して駆動する駆動力伝達構造を備えている。ダイ５１は、中央部に打ち抜かれるべき製品Ｓの形状と同じ形状の打抜孔５１ａを有している。ダイ５１の打抜孔５１ａには、打ち抜き加工時には、打ち抜かれるべき製品Ｓを支え、打ち抜き完了後には、打ち抜かれた製品Ｓを排出するために製品エジェクタを兼ねるノックアウトパンチ５８が上下動可能に組み込まれている。このノックアウトパンチ５８は、油圧シリンダ５９等の適宜の駆動手段により駆動されており、打ち抜き時には、油圧ポンプ５４により油圧管路５５を介して油圧シリンダ５９内に所定の油圧力が供給されており、パンチ１１の打抜き駆動力に抗して打ち抜かれるべき製品Ｓを支え、打ち抜き完了後には、油圧シリンダ５９を駆動してパンチ１１で打ち抜いた製品Ｓを汎用プレス装置外に排出する機能を備えている。
【００４５】
ダイ５１と上側ダイセット１２との間にはストリッパプレート２０が配置され、そのストリッパプレート２０には、パンチ１１との相対的な摺動運動を許容する挿通孔１６が形成されている。上側ダイセット１２には、ストリッパプレート２０に連結したガイドシャフト２１が昇降自在に案内されており、このガイドシャフト２１にストリッパプレート２０が吊り下げ固定されている（図１の状態は、パンチ１１に対してストリッパプレート２０の最下限状態を示している）。
【００４６】
このストリッパプレート２０の挿通孔１６の裏面側（図１の下側）の周縁部には、ダイ５１の打抜孔５１ａの外側近傍を囲むように環状の押込み突起２３が形成されている。このストリッパプレート２０の押込み突起２３は、図４乃至６に明示するように、先端部が鋭利なナイフエッジ状のＶ字型を成し、その内側傾斜面２３ａが挿通孔１６の内周面と連続した面が構成されるよう、段部を設けずに一体的に形成されている。また、上側ダイセット１２には、パンチ１１による打ち抜き加工時に、ストリッパプレート２０をワークＷに対して所定圧力で押圧し圧入する圧入駆動手段としての油圧ピストン１７が装置内に組み込まれている。ストリッパプレート２０の押込み突起２３の先端（図１では下端）は、パンチ１１の先端（図１では下端）よりも若干先行してワークＷ面と接触するように配置されている。これによりストリッパプレート２０の押込み突起２３は、パンチ１１が製品Ｓに当接する前にワークＷ面に当接し、所定圧力を保っている油圧シリンダ１８内の油圧ピストン１７によって、ワークＷをダイ５１に対して加圧し、ストリッパプレート２０の先端に形成された押込み突起２３をワークＷに押し込むことによって、ワークＷの材料の流動性を高めて、材料をパンチ１１の塑性加工部分に供給する。
【００４７】
一般的なファインブランキング加工においても、塑性加工時には、押込み突起２３をワークＷに食い込ませるものは知られている。本発明においては、塑性加工の最初の段階（一次圧入・加工工程）において、油圧シリンダ１８内の油圧力によって押込み突起２３をワークＷ内に圧入させることによって、ワークＷの塑性加工面近傍の材料の流動性を高めて塑性加工を実行すると共に、それに続く、塑性加工が進行中の中間段階（二次圧入・加工工程）においても、押込み突起２３のワークＷへの更なる圧入によって、加工面に微細な破断傷を生起させる虞のある加工中間段階（二次圧入・加工工程）における材料の更なる流動性を高めて塑性加工を実行するものである。このように、塑性加工の初期段階での押込み突起２３のワークＷへの圧入に続いて塑性加工の中間段階での押込み突起２３のワークＷへの更なる圧入動作の結果として、残留するワークＷには、打ち抜かれた製品Ｓの形状に沿ってパンチ１１の周縁部を囲むように断面Ｖ字状に形成されたより深い溝部２４が残される（図８）。
【００４８】
更に説明する。図１は、汎用プレス装置が上限位置にあり、本発明の精密塑性加工装置を汎用プレス装置に組み付けた状態を示しており、プレス加工工程よりも上型ベースプレート１３が上昇した状態を示している。上述したように、上型ベースプレート１３に対して上側ダイセット１２が固定されており、その上側ダイセット１２に対してパンチ１１が固定されている。これにより、パンチ１１は、汎用プレス装置の駆動力に同期して周期的に下降上昇を繰り返す。ストリッパプレート２０は、上側ダイセット１２に対してガイドシャフト２１により吊り下げ固定されている。このストリッパプレート２０には、所定圧力を保っている油圧シリンダ１８内の油圧ピストン１７により、ピストンピン２６を介して常に下向きの力が加えられている。図１のストリッパプレート２０は、パンチ１１に対して下限位置にある状態を示している。上側ダイセット１２とストリッパプレート２０の間には、所定の厚みを持った係合リング２５が設けられている。この係合リング２５は上側ダイセット１２側に、適当な手段により取り付けられており、汎用プレス装置の加工工程以外の工程では、ストリッパプレート２０がガイドシャフト２１に吊り下げられて下限位置にあり、係合リング２５の下端面とストリッパプレート２０の上端面との距離Ｌ（図１）の隙間を形成している（この距離Ｌについては後段で説明する）。
【００４９】
本実施例の精密塑性加工装置を効果的に実現するには、本発明とは直接的に関係はないが、加工面に対する潤滑についての考慮が重要である。ハイサイクルで６ｍｍ厚の厚板をプレス加工する場合には、動粘度が低い潤滑油では金型が被加工材料に食い込む途中で潤滑油切れを起こし金型寿命低減の原因となるため、使用潤滑油は動粘度が１００ｃＳｔ（センチストークス）以上のものを使用する。また、ハイサイクルで６ｍｍ厚の厚板をプレス加工する場合、潤滑油の供給量が少ないと潤滑油切れを起こし供給量が多いと製品に油膜痕がつくため潤滑油供給量の適正な制御を行う必要がある。
【００５０】
ハイサイクル成形では、通常速度のプレス加工に比べ塑性変形抵抗が高く成形された製品は８０℃〜１００℃程度になり、金型はこの熱によって温度が上昇する。金型の温度上昇は金型寿命低減の原因となるため、潤滑油を１０℃±１℃程度に温度調整して、金型内部を通過させると同時に切刃先にも供給することで金型の温度を制御している。その際の供給ポンプは、１００ｃＳｔ（４０℃）以上の高動粘度潤滑油を１０℃で使用し、金型内部を通過し切刃先に均等に潤滑油が行き渡るように、複数個の１．５ｍｍφの吐出口から吐出されることで圧力損失が高くなるので、高出力供給ポンプを使用している。また、潤滑油供給量を最適量にするため潤滑油の供給量を制御している。
【００５１】
ハイサイクルでプレス加工した場合、ハイサイクルであることと、被加工材料が厚板であるとの理由により、金型と被加工材料の間で潤滑油切れを生じ金型損傷の原因となる。これを防止するためには、金型内部より潤滑油供給穴を通して強制的に加工部分に潤滑油を供給し型寿命を向上させる。潤滑油は、高い動粘度の潤滑油を使用する。ハイサイクルプレス加工は、高速で塑性加工されるため被加工材料の加工抵抗により、高い加工熱が発生し金型も高温になり製品精度低下及び金型損傷の原因となる。そこで、潤滑油を金型内部に通過させることにより、金型の温度制御を行って型寿命を向上させることができる。強制潤滑油装置は潤滑油供給量の制御が可能である。また潤滑油温度制御が可能である。潤滑油は、タンクより電動ポンプによって配管を介して金型内部へ供給される。動粘土が高い潤滑油を１０〜１５℃に温度制御して使用するために、大型電動ポンプを採用している。金型内部へ供給された潤滑油は、潤滑に必要な量以外が金型下方に溜まり、防塵フィルターを介してタンクに回収され再使用される。
【００５２】
本実施例の汎用プレス装置を用いた精密塑性加工装置においては、強制潤滑構造を採用している。一般的な潤滑はコイル材料の上下面に潤滑油が塗布されるが、本実施例における潤滑は、金型内部（上型：パンチ内部、下型：ノックアウト内部）より潤滑油が吐出し切刃先端と被加工材料の間が潤滑油で満たされて潤滑油切れが起きないような構成を実現している。これにより、上型はパンチとストリッパー、下型はダイとノックアウトの隙間が常に潤滑油による油膜があり金型摺動によるカジリが発生しない。
【００５３】
本実施例の強制潤滑油システムは、潤滑油タンク、潤滑油供給大型ポンプ、供給量調整バルブ、潤滑油温度制御機構、潤滑油回収機構から構成されている。潤滑油はタンク内で温度制御され供給ポンプによって供給量制御バルブを介して金型へ送られる。金型内で使用され余った潤滑油は回収機構により回収され、フィルターを介して潤滑油タンクに戻る。
【００５４】
本実施例においては、精密塑性加工装置１を実現するために、潤滑油の循環系が組み込まれている。この潤滑油の循環系については、図１０を参照して説明する。図１０において、３０は新たな潤滑油の給油タンク、３１は給油タンク３０から供給される潤滑油をフィルター４２を介して貯める貯油タンク、３２は貯油タンク３１内の潤滑油をフィルター４３を介して吸引して精密塑性加工装置１側に吐出させる循環ポンプ、３３は循環ポンプ３２から供給される潤滑油を冷却する冷却装置、３４は冷却装置３３から供給される潤滑油の圧力を調整して精密塑性加工装置１側に供給する油圧調整機構である。この油圧調整機構３４の吐出口３５から精密塑性加工装置１に供給される潤滑油は、冷却装置３３によって１０℃前後に冷却され、精密塑性加工装置１から戻った潤滑油は帰油口３６からフィルター４２を介して再び給油タンク３１に戻って循環される。また、潤滑油を冷却する冷却装置３３は、冷媒をコンプレッサ３７で圧縮してコンデンサー（凝縮器）３８、３９で冷やして凝縮した後、膨張弁４０で減圧し、冷却器４１で冷媒を気化させることによって冷却する従来から周知の冷凍サイクルを達成する。この冷却装置３３で冷却された潤滑油は１０℃±１℃に温度調整して精密塑性加工装置１のパンチ１１とダイ５１の内側からせん断加工部分に供給され、冷却と潤滑に活用される。
【００５５】
精密塑性加工装置１のパンチ１１とダイ５１の内側からせん断加工部分に潤滑する具体的構成を説明する。図３に示すように、パンチ１１には、その内部に潤滑油の中央流通路１１ｂが形成されており、そのパンチ１１下端の刃先部１１ａ近傍では、中央流通路１１ｂから分岐した分岐流通路１１ｃが形成されている。そこで、冷却装置３３で冷却された潤滑油がパンチ１１内の流通路１１ｂから分岐流通路１１ｃを介してパンチ１１の刃先部１１ａ近傍に向かって吐出される。一方、ノックアウトパンチ５８の内部にもノックアウトパンチ５８の先端部に向かって潤滑油の中央流通路５８ｂが形成され、そのノックアウトパンチ５８上端部近傍では、中央流通路５８ｂから分岐した分岐流通路５８ｃが形成されている。この中央流通路５８ｂを経由して分岐流通路５８ｃから潤滑油が吐出されることによって、ノックアウトパンチ５８の先端部近傍において打抜孔５１ａの内周面に潤滑油が吐出され、これらパンチ１１とノックアウトパンチ５８から冷却された潤滑油を供給してパンチ１１，ノックアウトパンチ５８とワークＷなどの隙間やワークＷと打抜孔５１ａとの隙間に常に潤滑油による油膜が形成される。このパンチ１１とノックアウトパンチ５８との内側から供給される潤滑油は下側ダイセット５２とダイ５１との隙間やダイ５１とワークＷとの隙間から下側ベースプレート５３上に流れ、下側ベースプレート５３の周縁部に設けた油回収溝６０から帰油口３６へと回収され、再び給油タンク３１に戻って循環される。なお、本実施例の精密塑性加工装置１に使用される潤滑油としては、動粘度が高く低温度の潤滑油を用いるのが良く、具体的には動粘度が１００ｃＳｔ以上のものを使用した。
【００５６】
しかしながら、一般プレス工法において、高機能の製品表面を得ることのできる精密せん断加工をハイサイクルで行うことは非常に過酷な塑性加工方法である。高機能の製品表面は、金型、特にブランクダイ内面の面性状がある一定の数値以内に維持されていないと得ることができない。金型構造においても、ハイサイクルで塑性変形させるため被加工材料を自在に流動させることの出来る金型構造が必要となってくる。本発明は、そのような加工材料を自在に流動させることのできる金型構造に関するものであるが、それだけには止まらず、被加工材料を金型内部で強制的に流動させることは、金型に対し負荷の増大となるために、それを軽減させる工夫も必要となってくる。これは、ハイサイクル加工であるが故に、塑性変形抵抗が大きく加工速度が速いため、発熱量が多くなり、また金型には通常以上の負荷がかかり金型摩耗に至るからである。そこで、金型の発熱制御と摩擦抵抗低減をする手段として、コーティング皮膜等の金型表面制御が非常に有効な方法であることが解ってきた。しかし、その際には、膜強度、滑り性、密着性など求められることは多く、今後の開発課題である。本発明の基礎実験として、金型材質とコーティング皮膜とのマッチング試験を行ったが、金型材質毎に適したコーティング処理があり、一概にコーティングのみの評価することは困難であった。
【００５７】
金型構成としては、金型全体を油圧クッションプレートにより支持し、その油圧の発生源、制御、供給は専用油圧発生装置を使用し、強制潤滑油システムで構成されている。これにより、油圧クッションプレートによる被加工材料流動制御を達成している。つまり、金型の上下に設置した油圧クッションプレートによって金型内のストリッパー及びノックアウトに最大３０ｔの圧力をかけ、被加工材料の流動制御を行っている。圧力は可変とすることが可能であり、常圧をかけ、ロッキングすることも可能としている。
【００５８】
加えて、パンチ及びダイの表面改質としてコーティングを行うのが好ましい。このように、パンチ・ダイはセラミックコーティング処理を行うことにより、異常生成物の発生を抑え生成されるコーティング被膜の面粗さを向上させることで被加工材料凝着を防止し、凝着による金型摩耗を低減できる。パンチ・ダイの表面改質としては、ショットピーニングやＷＰＣ（Ｗｉｄｅ  Ｐｅｅｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ）処理として知られている処理を施す。パンチ・ダイは、このＷＰＣ処理により表面に微細で靭性に富む緻密な組織を形成し高硬度化されている。同時に、微小ディンプルへ変化させることによって、パンチ・ダイの表面性状としての摩擦摩耗特性を向上させている。このディンプルは潤滑油のオイル溜まりになり潤滑作用も向上させている。
【００５９】
コーティング処理後にＷＰＣ処理を行うことにより、コーティングとＷＰＣの相乗効果によって金型表面に強固な層を生成し金型寿命を向上することが可能である。コーティング処理条件、ＷＰＣ処理条件は更に検討が必要である。
【００６０】
本実施例の精密塑性加工装置においては、ダイインサートタイプを採用しており、ダイはインサート部とケース部の２部品で構成されている。インサート部は外周、ケース部は内周がテーパー加工されておりアッセンブリーするとファインブランキングのシュリンクリングのように圧縮応力がかかる構造となっている。このように、インサート化することで新規製作部分を小型化できコストダウンも図れる。
【００６１】
次に、主に図４乃至図７を参照して、本発明の精密塑性加工装置１の実施例での動作について説明する。図４乃至図６は加工工程の進行に従った加工部近傍のパンチ１１、ストリッパプレート２０及びノックアウトパンチ５８の相対位置関係を示した図であり、図７は加工工程の進行に従ったパンチ１１、ストリッパプレート２０及びノックアウトパンチ５８のストローク遷移図である。なお、図７のストローク遷移図では、理解の容易のために各治具の移動を直線的に表示しているが、実際の装置に組み込まれた場合は、各々がサインカーブに近い曲線状に移動するものである。
【００６２】
（スタート位置ｔ１）
図４（Ａ）は、図７の時間（ｔ１）の状態を示しており、パンチ１１及びストリッパプレート２０は上限位置にあり、ノックアウトパンチ５８は上限位置にあり、ワークＷはダイ５１上に載置された状態であり、これをスタートとして、汎用プレス装置の駆動手段（全体の図示なし）によって、上型ベースプレート１３を下降させる。このスタート位置より、上側ダイセット１２が下降し、上側ダイセット１２に固定したパンチ１１と、上側ダイセット１２に吊り下げたストリッパプレート２０とが同期して下降を開始する。この時、上限位置にあるノックアウトパンチ５８の先端部は、ダイ５１の上面と同一面を維持する構成とするか、或いはごく僅か突出しているがほぼ面一を維持する構成としている。また、本実施例においては、パンチ１１の先端部は、ストリッパプレート２０の押込み突起２３の先端部よりもａｍｍだけ上方（加工ストロークに対しては後退した位置）に位置している。このパンチ１１の先端部と押込み突起２３の先端部の位置関係は、ワーク材料の性状により適宜選択することができる。例えば、パンチ１１の先端部と押込み突起２３の先端部とを面一としても良いし、場合によっては、パンチ１１の先端部を押込み突起２３の先端部より若干先行させても良い。
【００６３】
（押込み突起の接触→一次圧入・加工工程）
次いで、汎用プレス装置の駆動手段によって、図４（Ａ）のタイミングｔ１の状態から上型ベースプレート１３と共に上側ダイセット１２が下降すると、パンチ１１に対してａｍｍ先行するストリッパプレート２０の押込み突起２３が図４（Ｂ）のタイミングｔ２でワークＷと接触する。この状態では、ストリッパプレート２０は、上述したように、ストリッパプレート２０全体がピストンピン２６を介して圧入駆動力伝達手段としての油圧ピストン１７によってバックアップされている。それにより、汎用プレス装置の駆動手段によって上型ベースプレート１３全体が下降するなか、油圧ピストン１７が縮退して、ストリッパプレート２０の押込み突起２３は、ワークＷ内に圧入される。この間の押込み突起２３の圧入動作は、加圧する油圧シリンダ１８の油圧力（本実施例においては所定圧力を維持する制御としたが、ワークＷの材質によっては、下降ストロークによりバックアップの油圧力を制御しても良い）によって決定され、油圧シリンダ１８の油圧力とワークＷの抵抗力が均衡した状態で停止する（図５（Ａ）のタイミングｔ３の状態）。これにより、ワークＷには押込み突起２３によって断面Ｖ字状の溝部２４がパンチ１１の刃先部１１ａを囲むように形成され、断面Ｖ字状溝部２４の材料が流動性を高めて加工部分に供給される（一次圧入・加工工程）。この状態が、図５（Ｂ）のタイミングｔ４の状態であり、丁度、パンチ１１の先端部がストリッパプレート２０の押込み突起２３先端部のストローク位置と一致した状態を示している。なお、本実施例においては、精密塑性加工成形するワークＷは、ＪＩＳ  Ｇ３１３１  ＳＰＨＣ（降伏点２１６Ｎ、引張強３５０Ｎ／ｍｍ２）を使用し、その板厚は例えば６ｍｍとし、そのワークＷにストリッパプレート２０の押込み突起２３を食い込ませる一次圧入量Ｌ（油圧シリンダ１８の油圧力とワークＷの抵抗力が均衡して、押込み突起２３の圧入動作が停止した状態での圧入量）は概ね０．９ｍｍとなるように油圧シリンダ１８の油圧力を設定するように構成した。本実施例では、油圧シリンダ１８の油圧力は所定圧力を維持する制御とし、押込み突起２３の圧入速度はパンチ１１の下降速度に同期して一定速度で圧入されているが（図７参照）、この圧入速度も、ワークＷの材質によって油圧シリンダ１８の油圧力を制御することにより、下降速度を制御することが可能である。
【００６４】
（二次圧入・加工工程）
このように、ワークＷに対するストリッパプレート２０の押込み突起２３の圧入が停止した一次圧入・加工工程の終了状態（図５（Ａ）から図６（Ａ）に至る間の状態）では、油圧シリンダ１８の油圧力とワークＷの抵抗力が均衡した状態であり、それ故に、押込み突起２３のワークＷに対する圧入は進行しない。この図５（Ａ）のタイミングｔ３の状態から図６（Ａ）のタイミングｔ５の状態に至る間において、ストリッパプレート２０の上面が係合リング２５の下面に当接する。本実施例においては、図６（Ａ）のタイミングｔ５の状態で両者が当接する構成としているが、このタイミングは何れのタイミングでも良いが、両者の当接後は、汎用プレス装置の駆動手段により上側ダイセット１２下降させると、ストリッパプレート２０の押込み突起２３はパンチ１１と同期して下降することを考慮して種々の寸法関係を決定する必要がある。
【００６５】
つまり、パンチ１１の刃先部１１ａが図５のタイミングｔ３でワークＷに接触し、更に、パンチ１１が下降することによってパンチ１１の刃先部１１ａとダイ５１の打抜孔５１ａの内周エッジとによりワークＷのせん断動作（一次圧入・加工工程）を達成する（図５（Ａ）のタイミングｔ３→図６（Ａ）のタイミングｔ５）。このせん断動作時（一次圧入・加工工程）においては、ストリッパプレート２０は停止状態で待機しており、図５（Ａ）で示すようにパンチ１１がワークＷに接触してから押込み突起２３の一次加圧量Ｌ（０．９ｍｍ）だけ圧入される。
【００６６】
次いで、パンチ１１の刃先部１１ａが、停止状態の押込み突起２３の位置（一次加圧量Ｌ）を超えて、概ね３ｍｍの深さＬ１の位置に達する図６（Ａ）のタイミングｔ５で上側ダイセット１２に固定する係合リング２５が停止状態で待機しているストリッパプレート２０と当接する。これにより、汎用プレス装置の駆動手段の動作によってパンチ１１とストリッパプレート２０とが一体的して下降し、図６（Ａ）→図６（Ｂ）で示す過程において、パンチ１１によるワークＷの打抜き動作と連動してストリッパプレート２０の押込み突起２３が更にワークＷに食い込み（二次圧入・加工工程）、材料の流動性を高めると同時にワークＷに圧縮応力を付加させた状態で打ち抜き加工を達成できる。本実施例においては、押込み突起２３に対して先行するパンチ１１の刃先部１１ａがワークＷの板厚（６ｍｍ）の下面を超えて降下することによって、ダイ５１により製品Ｓが打ち抜かれる。本実施例においては、この図６のタイミングｔ６でノックアウトパンチ５８に油圧を供給する油圧管路５５を閉鎖することによってノックアウトパンチ５８は下死点で停止している状態で待機する。
【００６７】
本発明においては、上述のようにパンチ１１でワークＷを打ち抜く際、一次圧入・加工工程においては、押込み突起２３をワークＷに対して所定量だけ食い込ませることにより、ワークＷが加工方向に対して垂直の方向（図中では水平方向）に広がろうとする応力を押込み突起２３で押さえ込みながら、ワークＷに対して圧縮応力を付加するとともに、材料の加工部分に対する流動性も高めてパンチ１１によるワークＷのせん断動作を達成することができる。更にこの状態から、パンチ１１のせん断動作において、パンチ１１の刃先部１１ａが一次圧入・加工工程での押込み突起２３の食い込み量（Ｌ）を所定量（Ｌ１）だけ超えて下降すると、パンチ１１とストリッパプレート２０とが連動してパンチ１１と押込み突起２３とが同期して下降し（二次圧入・加工工程）、押込み突起２３は、更にワークＷに食い込みながらパンチ１１も下降することになる。
【００６８】
この時、ノックアウトパンチ５８は、図５のタイミングｔ３から、ノックアウトパンチ５８はパンチ１１とでワークＷを挟み付けながら、パンチ１１と同期して下降する（タイミングｔ３〜タイミングｔ６）。そして、パンチ１１によりワークＷが打ち抜かれると、製品Ｓが下死点で停止している状態で待機するノックアウトパンチ５８上に載置され、パンチ１１がタイミングｔ７で上昇するとともに、ノックアウトパンチ５８への油圧管路５５を開いて油圧シリンダ５９内に所定の油圧力を供給することによってノックアウトパンチ５８と共に製品Ｓが上昇し、図示しない搬出機構によって搬出シュートから搬出される。以後、同様なサイクルで製品Ｓが打ち抜かれる。
【００６９】
本実施例においては、ストリッパプレート２０の押込み突起２３の形状は重要なものであり、ハイサイクルで塑性加工する場合には、通常のファインブランキング加工用のＶリング形状では被加工材料の自在な流動制御を出来ないために、専用のＶ形状を設定している。また、本実施例においては、係合リングによるダブルアクション機構を採用している。つまり、金型内の係合リングによって金型が下降するに伴って一定位置で被加工材料をＶ形状加工しているストリッパプレート２０の押込み突起２３が再下降し、被加工材料の流動をアシストし、ハイサイクルであっても材料不足による破断面を発生させない機構となっている。
【００７０】
以上のように、本実施例では、パンチ１１でワークＷを打ち抜く際、一次圧入・加工工程でストリッパプレート２０の押込み突起２３を所定量ワークＷに食い込ませることによって、加工方向に対して垂直の方向（水平方向）に広がろうとする応力を押込み突起２３で押さえ込みながらパンチ１１の刃先部１１ａによるワークＷの打抜き工程が達成され、更に、パンチ１１の刃先部１１ａが押込み突起２３の一次加圧量Ｌを超えて所定量（３ｍｍ）まで達すると、パンチ１１とストリッパプレート２０とを同期して下降させて、押込み突起２３の二次圧入動作を達成するものである。これにより、パンチ１１でワークＷを打抜きながら押込み突起２３が再びワークＷに圧入され、その押込み突起２３の押し込みによりワークＷのせん断部分における材料の流動化が円滑に行われるとともにワークＷに圧縮応力を付加させることができる。
【００７１】
これにより、一次圧入・加工工程においても加工部分への材料の流動性を高めると同時にワークＷに圧縮応力を付加させた状態で打ち抜き加工を実施するために、パンチ１１を高速化しても材料不足による破断面が生じることなく、綺麗なせん断面が得られ、製品Ｓの寸法精度も向上し、かつ、精密塑性加工装置１を１００ストローク／ｍｉｎ程度までハイサイクル化することが可能となり、生産性を向上することができる。このような、本実施例の精密塑性加工装置１においては、高価なファインブランキングプレス装置を使用することなく、安価な汎用プレス装置でファインブランキング加工と同等以上の精密せん断加工を達成することができる。つまり、一次圧入・加工工程においては、ストリッパプレート２０を油圧シリンダ１８によってワークＷに対してバックアップ加圧しておき、二次圧入・加工工程においては、ストリッパプレート２０をパンチ１１と同期して下降するように係合リング２５を設ける簡単な構成から成るものである。
【００７２】
また、押込み突起２３の一次圧入・加工工程において、押込み突起２３をワークＷに圧入させる深さＬは、ストリッパプレート２０を押圧する油圧シリンダ１８の油圧力を変更することで簡単に調整できる。更に、ストリッパプレート２０にパンチ１１を摺動自在に嵌合する挿通孔１６と、その外側に形成する押込み突起２３との位置関係は、押込み突起２３の内側傾斜面２３ａが挿通孔１６との間に段差を設けずに連続した面で構成されるように成形することで、図４乃至６に示すように、パンチ１１によって打ち抜かれるワークＷの開口部Ｗ１の周縁部近傍に押込み突起２３による断面Ｖ字状の溝部２４が形成される。これにより、圧入される押込み突起２３によって材料が送り出される溝部２４の区域と、パンチ１１によって打ち抜き加工が進行する部分との距離を近くすることが可能となる。これにより、一次圧入・加工工程時において、押込み突起２３による垂直方向への静圧を発生させる効果も高くなり、加えて、二次圧入・加工工程時においても押込み突起２３による材料の流動化がより円滑に行われる。
【実施例２】
【００７３】
図９は本発明の実施例２を示しており、前記実施例１と同一機能を有する部分には同一符号を付し、重複する部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００７４】
前記実施例１では、押込み突起２３の二次圧入・加工工程を開始させるタイミングとして上側ダイセット１２に係合リング２５を固定し、この係合リング２５をストリッパプレート２０に当接させた例を示したが、実施例２では、カム機構によって押込み突起２３の二次圧入・加工工程を開始・実行させるものである。それに対して、実施例２では、プレス装置（全体の図示なし）の下型ダイセット５２に支柱６３を固定し、この支柱６３に対して水平方向（パンチ１１の加工方向に対して直交する方向）にスライドするスライドカム６０を設けている。このストリッパプレート２０の駆動は、パンチ１１を駆動する上側ダイセット１２に駆動カム６１を固定するとともに、ストリッパプレート２０の上面側には係合カム６２を固定し、上側ダイセット１２の下降により駆動される駆動カム６１によってスライドカム６０をスライドさせ、そのスライドカム６０のスライド運動により係合カム６２に力を伝達するカム機構により達成される。
【００７５】
スライドカム６０の左右両側にはそれぞれ同傾斜のスライドカム面６０ａ、６０ｂ（本実施例では、スライドカム面６０ａとスライドカム面６０ｂは直線状でその傾斜を等しく構成しているが、所望の運動をストリッパプレート２０に与えるためにそれ等のカム面形状は適宜変更することが可能である）がそれぞれ形成されており、駆動カム６１及び係合カム６２にはスライドカム面６０ａ、６０ｂと夫々係合する駆動カム面６１ａ及び係合カム面６２ｂが形成されている。なお、スライドカム６０を固定する支柱６３にはスライドカム６０を駆動カム６１に係合させる方向に付勢するバネ６４が組み込まれている。
【００７６】
以上のように構成される本実施例では、汎用プレス装置の駆動手段によって上側ダイセット１２を下降させると、前記実施例１と同様に、上側ダイセット１２に固定したパンチ１１と、油圧シリンダ１８によってバックアップされ上側ダイセット１２に吊り下げられたストリッパプレート２０とが下降し、パンチ１１に対して先行するストリッパプレート２０の押込み突起２３がワークＷに接触する。加工部分の状態は、図４（ａ）ｔ１の状態から図４（ｂ）ｔ２の状態へ移行するが、駆動カム６１、スライドカム６０及び係合カム６２は係合状態にはない。但し、図９（ａ）の汎用プレス装置の状態は、装置構成を理解し易くするために、上側ダイセット１２が退避した状態を示している。
【００７７】
更に、汎用プレス装置の駆動手段によって上側ダイセット１２が下降することにより、ストリッパプレート２０が押圧され、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、押込み突起２３がワークＷに０．９ｍｍまで食い込んだ状態でストリッパプレート２０が停止する（一次加入・加工工程）。このように、実施例２における一次圧入・加工工程は、略実施例１と同様の構成で達成される。つまり、ストリッパプレート２０はピストンピン２６を介して、所定圧力に保たれた油圧シリンダ１８でバックアップされており、加工の進行により、ストリッパプレート２０に形成された押込み突起２３がワークＷ内の所定位置（Ｌ）まで圧入される。この状態において、駆動カム６１とスライドカム６０は係合状態となり、スライドカム６０は図９の右方向に僅かにスライドするが、スライドカム６０と係合カム６２は未だ係合状態にはなく、ストリッパプレート２０には、油圧シリンダ１８の押圧力による圧入力がワークＷに対して作用している。この状態では、汎用プレス装置は図９（ｂ）の状態となる。
【００７８】
この状態から更に上側ダイセット１２が下降すると、上側ダイセット１２に取り付けた駆動カム６１の駆動カム面６０ａとスライドカム６０のスライドカム面６０ａとの係合が更に進み、パンチ１１の下降動作と連動してスライドカム６０がダイ５１側に更にスライドし、パンチ１１の刃先１１ａが押込み突起２３の一次圧入量を超えてワークＷの３ｍｍ程度の深さにまで達すると（図６（ａ）の状態）、スライドカム６０のスライドカム面６０ｂがストリッパプレート２０に取り付けた係合カム６２の係合カム面６２ｂに係合する。これにより、汎用プレス装置の駆動手段によるパンチ１１の下降動作と連動してストリッパプレート２０も一体的に下降し、図７（ｃ）に示すように、パンチ１１でワークＷを打抜きながら押込み突起２３をワークＷに圧入させる二次圧入動作が開始される（図６（ａ）以降の状態）。この押込み突起２３の二次圧入・加工工程により、ワーク材料の流動性が高められるとともにワークＷに圧縮応力を付加させることができ、ワークＷのせん断部分にワーク材料が安定的に供給される。このため、前記実施例１と同様、二次圧入・加工工程においてもせん断部分における材料の流動化が円滑に行われると同時にワークＷに圧縮応力を付加させることができ、パンチ１１を高速化しても材料不足による破断面が生じることなく、綺麗なせん断面が得られ、製品Ｓの寸法精度も向上する。
【００７９】
スライドカム６０、駆動カム６１及び係合カム６２によるカム機構は、各々のカム面形状を変更することにより、ワークＷの材質等に適応した二次圧入・加工工程を達成することができるものである。つまり、各カム面の傾斜角の変更によって押込み突起２３の二次圧入動作における下降速度並びにワークＷに食い込ませる圧入量も簡単に調整することができる。また、カム面形状は直線に限らず、曲面としても良い。更に、スライドカム６０、駆動カム６１或いは係合カム６２が消耗した場合、これら各カム６０〜６２を簡単に交換することができ、メンテナンス性にも優れている。
【００８０】
以上、本発明の各実施例について詳述したが、本発明は、前記各実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、精密塑性加工装置１の基本的構成や押込み突起２３の二次圧入・加工工程を開始させる連動機構として前記実施例１では当接リング、実施例２ではカム機構を設けた例を示したが、例えば、パンチ１１を駆動する汎用プレス装置の駆動機構とは別にストリッパプレートを駆動する油圧シリンダを設け、それぞれの駆動手段を個別に制御するように構成してもよい。また、塑性加工として打ち抜きを例として説明したが、パンチ１１でワークＷを打ち抜く以外にもパンチによってワークに段差凹部を形成する、いわゆる、ハーフ抜き加工にも適用可能である。また、押込み突起２３の一次圧入・加工工程での溝部の深さや、二次圧入工程を開始するタイミングとなるパンチ１１の深さあるいは押込み突起２３の形状も適宜選定すればよい。
【符号の説明】
【００８１】
１  精密塑性加工装置
１０，５０  金型
１１  パンチ（可動治具）
１１ａ  刃先部
１５  油圧シリンダ（昇降駆動手段
１６  挿通孔
１８  油圧シリンダ（圧入駆動手段）
２０  ストリッパプレート
２３  押込み突起
２４  溝部
５１  ダイ（固定治具）
５１ａ  打抜孔
５８  ノックアウトパンチ
Ｗ  ワーク
Ｓ  製品
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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