(57)【要約】【課題】伸びフランジ特性に優れた打抜き切断端面となる打抜き切断装置を提供する。【解決手段】パンチ、ダイ、および板しわ押さえを有する打抜き切断装置であって、前記ダイ及び前記板しわ押さえで被加工材の一端をクランプ自在であり、被加工材の長手方向の他端をクランプ自在で、被加工材の長手方向に沿って可動であるクランプ手段と、前記板しわ押えと前記クランプ手段の間で伸縮自在な少なくとも1本の連結棒とを有し、該連結棒が伸びることにより前記クランプ手段が被加工材の長手方向の引張側へ移動し、被加工材が引張られた状態で打抜き切断される機能を有することを特徴とする打抜き切断装置。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンチ、ダイ、および板しわ押さえを有する打抜き切断装置であって、前記ダイ及び前記板しわ押さえで被加工材の一端をクランプ自在であり、被加工材の長手方向の他端をクランプ自在で、被加工材の長手方向に沿って可動であるクランプ手段と、前記板しわ押えと前記クランプ手段の間で伸縮自在な少なくとも１本の連結棒とを有し、該連結棒が伸びることにより前記クランプ手段が被加工材の長手方向の引張側へ移動し、被加工材が引張られた状態で打抜き切断される機能を有することを特徴とする打抜き切断装置。
【請求項２】
前記連結棒を２本以上有することを特徴とする請求項１に記載の打抜き切断装置。
【請求項３】
前記連結棒の先端に、荷重を測定するセンサーを有することを特徴とする請求項１又は２記載の打抜き切断装置。
【請求項４】
前記連結棒に対して荷重を付与して、前記連結棒を伸縮させる荷重付与手段と、
前記センサーの測定結果に基づき、前記荷重付与手段による荷重を調整する荷重調整手段とを有することを特徴とする請求項３に記載の打抜き切断装置。
【請求項５】
前記パンチと対向して被加工材に荷重を負荷する板逆押さえを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の打抜き切断装置。
【請求項６】
前記クランプ手段は、前記パンチが被加工材へ食い込んだ深さ、または前記板逆押さえが前記パンチの進行方向へ移動した距離と等しい距離を、前記パンチの進行方向へ移動自在であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の打抜き切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車、家電製品、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント、ペンストック等で用いられる鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウムおよびこれらの合金等の金属板の打抜き切断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電製品、建築構造物等の金属板１には、図１のような打ち抜きパンチ２と打ち抜きダイ３により打ち抜き切断加工が施される場合が多い。
【０００３】
図２に示すように打ち抜き面は、被加工材１がパンチ２により全体的に押し込まれて形成されるダレ４、パンチ２とダイ３のクリアランス内に被加工材１が引き込まれ局所的に引き伸ばされて形成されるせん断面５、パンチ２とダイ３のクリアランス内に引き込まれた被加工材１が破断して形成される破断面１５、および被加工材１裏面に生じるばり６によって構成される。
【０００４】
これらの打ち抜き端面形状の特徴は、打ち抜き端面の伸びフランジ性や疲労強度等に影響を与え、一般的にワイヤーソーや回転ソーによる機械加工による切断、レーザーによる切断に比べて打ち抜き切断端面の伸びフランジ性や疲労強度等は悪い。
【０００５】
このような問題を踏まえ、切断面の伸びフランジ性や疲労強度等の改善を狙った方法として、切断時に被加工材１へ引張力を付与する方法が提案されている。被加工材１へ引張力が加わった場合、被加工材１に対して、亀裂が発生、進展しやすくなり（非特許文献１）、結果として、端面の加工硬化が減少して破断面も平滑化し、伸びフランジ性や疲労強度の向上が期待できる。
【０００６】
引張力を被加工材１へ加えて打ち抜き切断する従来の発明として、特許文献１においては、パンチ２先端に突出部を設け、打ち抜き初期に引張力が被加工材１へ加わるようにした打ち抜き方法・装置が提案されている。
【０００７】
また、特許文献２においては、０．００１〜０．２０の引張歪(真歪)に相当する引張応力を付与した上でせん断を行うことを特徴とする鋼板打ち抜き方法が提案されている。さらに、特許文献３においては、被加工材１をクランパによりクランプした後にクランパを被加工材長手方向へ移動させ、被加工材１へ引張力を与えた後に切断する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平８−９９１３１号公報
【特許文献２】特開２００６−２２４１２３号公報
【特許文献３】特開２００６−２３１４２５号公報
【非特許文献１】塑性と加工第４６巻、第５３２号ｐｐ３９２―３９６、２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の提案された引張力負荷の打抜き切断加工方法については、伸びフランジ性に対して最適な引張力が存在する。この最適な引張力は、被加工材の材料特性、板厚に依存するため、切断加工装置において引張力の調整を行えることが望ましい。
【０００９】
特許文献１に記載の方法、装置においては、パンチに設けられた突起により被加工材へ引張力が与えられるため、引張力の調整は行えない。特許文献２についても、記載されている具体的な引張力の与え方はパンチに突起を設けることであり、特許文献１と同様、引張力の調整は行えない。特許文献３に記載されている、被加工材をクランプした後に切断する装置は、クランパを移動させる機構のための装置が大型化してしまうため、装置設置場所に制限が生じてしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）パンチ、ダイ、および板しわ押さえを有する打抜き切断装置であって、前記ダイ及び前記板しわ押さえで被加工材の一端をクランプ自在であり、被加工材の長手方向の他端をクランプ自在で、被加工材の長手方向に沿って可動であるクランプ手段と、前記板しわ押えと前記クランプ手段の間で伸縮自在な少なくとも１本の連結棒とを有し、該連結棒が伸びることにより前記クランプ手段が被加工材の長手方向の引張側へ移動し、被加工材が引張られた状態で打抜き切断される機能を有することを特徴とする打抜き切断装置。
【００１１】
（２）前記連結棒を２本以上有することを特徴とする（１）記載の打抜き切断装置。
【００１２】
（３）前記連結棒の先端に、荷重を測定するセンサーを有することを特徴とする（１）又は（２）記載の打抜き切断装置。
【００１３】
（４）前記連結棒に対して荷重を付与して、前記連結棒を伸縮させる荷重付与手段と、前記センサの測定結果に基づき、前記荷重付与手段による荷重を調整する荷重調整手段とを有することを特徴とする（３）記載の打抜き切断装置。
【００１４】
（５）前記パンチと対向して被加工材に荷重を負荷する板逆押さえを有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の打抜き切断装置。
【００１５】
（６）前記クランプ手段は、前記パンチが被加工材へ食い込んだ深さ、または前記板逆押さえが前記パンチの進行方向へ移動した距離と等しい距離を、前記パンチの進行方向へ移動自在であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の打抜き切断装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、打抜き切断加工時に被加工材１へ加わる引張力を調整することができ、かつ、小型で装置設置が行い易い打抜き装置を提供することができる。また、被加工材１の両端を完全にクランプする場合に生じる被加工材１のたわみを低減することもできる。これらの結果として、伸びフランジ性に優れた打抜き切断端面を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者等は、被加工材１を打抜き切断する際に、引張力を与えられた状態で打抜き切断することによって切断面の伸びフランジ性が向上することを実験により確認し、その引張力には伸びフランジ性に対して最適な値が存在することを見出した。さらに、この最適な引張力は材料の強度や伸び等の材料特性に依存することを見出した。
【００１８】
本発明者らは、材料特性に応じた最適な引張力を被加工材１へ加えて打抜き切断するべく、既存の引張り装置を打抜き切断装置と併用することを当初試みた。しかしながら、打抜き装置と引張り装置を合わせたサイズが大きくなりすぎてしまい、本発明者らの使用する打抜き用のプレス機に両方の装置を併設することは不可能であった。
【００１９】
そこで、本発明者らは、被加工材１を引張る機構を組み込んだ打抜き切断装置とすることによって装置全体の小型化を図った（前記（１）に係る発明）。本発明による装置は、図３に示すように、板しわ押さえ７とダイ３により被加工材１の一端をクランプし、さらに被加工材１の長手方向（紙面左右方向）の他端を、被加工材１の長手方向に可動であるクランパ（クランプ手段）８によりクランプし、このクランパ８とダイ３の間に設けられた伸縮可能な連結棒９が被加工材１の長手方向（図３の白抜き矢印の方向）に伸びることによって被加工材１へ引張力が与えられた状態で、パンチ２により打抜き切断する装置である。打抜き切断装置内部に被加工材１の引張機構（連結棒９）が存在するため、外部に引張り装置を設置する場合に比べて装置全体のサイズを小型化することができる。ダイ３、クランパ８は、金型ヘッド１０により固定されている。
【００２０】
以下、連結棒９について詳細を述べる。
まず、連結棒９のサイズであるが、想定する最大荷重により座屈しないサイズ、形状とする必要がある。座屈は、断面２次モーメントＩ（ｍｍ4）が大きく、長さが短いほど起こりにくい。通常、このような連結棒には円柱が用いられることが多いが、座屈が起こる場合の円柱に加わる荷重Ｐcr（Ｎ）は、
【００２１】
(数１)
2008183692.tif 000003
【００２２】
と表される（Ｅはヤング率、d（ｍｍ）は円柱の直径、l（ｍｍ）は円柱長さ）。安全率をＳ、連結棒の想定荷重をＰ（Ｎ）とする場合、
【００２３】
(数２)
2008183692.tif 000004
すなわち、
【００２４】
(数３)
2008183692.tif 000005
【００２５】
となる条件を満たした円柱の直径、長さとしなければならない。安全率Ｓについては、材質が鉄の場合通常３〜４を用いる。
【００２６】
連結棒９の数については、１本でも本発明の効果を得ることができるが、２本以上であることが望ましい（前記（２）に係る発明）。その理由は、パンチ２およびダイ３と干渉せず、かつ、クランパ８を被加工材１の面内における回転モーメント（以下、単に回転モーメントと記述する）が生じないように押せる連結棒配置とする必要があるためである。
【００２７】
このような連結棒９によるクランパ８の押し方としては、例えば図４に示す上面図となるように連結棒９を被加工材１に対して対称に２本設置し、各連結棒９の荷重が均一となるようにしてクランパ８を押す。連結棒９を１本配置する場合は、例えば図４において連結棒９が被加工材１の真下になるように、平面図で左右対称となる位置に配置することが好ましい（図示しない）。
【００２８】
なお、通常はクランパ８の可動部にはクランパ８が一方向（板しわ押さえ７から離れる方向）にのみ動くためのガイドレール１１が設けられ、回転モーメントが加わってもクランパ８の回転は抑制される。しかしながら、ガイドレール１１はクランパ８の回転を完全には抑制することはできず、通常ガイドレール１１の剛性分だけクランパ８は微小回転を起こす。
【００２９】
連結棒９が伸縮するための荷重発生手段３０は、ネジによる締結力、油圧、ガス圧、直動サーボモータ等が挙げられる。ネジによる締結においては、例えば連結棒９がボールネジ等で被加工材１引張り方向に可動であるような機構を設ければよいし、油圧では市販の油圧シリンダと油圧ポンプを使用すればよい。
【００３０】
ガス圧においても油圧と同様でガス圧用のシリンダを連結棒９として使用し、窒素ガス等が充填されたボンベで圧力を加えればよい。直動サーボモータは、そのまま連結棒９として組み込めば本装置における連結棒９の効果を得ることができる。
【００３１】
任意の引張り力を得、かつ、各連結棒９に均一の荷重をかけるためには、図５のように各連結棒９の先端に荷重センサー１２を設けることが望ましい（前記（３）に係る発明）。荷重センサー１２を設けることにより所望の引張力となるように連結棒９の伸び量を調整することができ、かつ、各連結棒９に加わる荷重を均一とする調整を行うことが可能となる。この荷重の調整は、前述の荷重発生手段３０に付随するコントローラ等の荷重調整手段３１を用いた荷重センサー１２の出力値をフィードバックする制御、もしくは、手動により行えばよい（前記（４）に係る発明）。
【００３２】
すなわち、荷重センサー１２の出力値に基づき、ネジによる締結力、油圧、ガス圧などを調整することにより、各連結棒９の長さを調整することができる。続いて、本発明に係る装置により打抜き切断をした部分について述べる。
【００３３】
本発明による打抜き切断の場合、被加工材１は常に長手方向に引張られた状態となるため、被加工材１に加わる曲げは通常の引張力を付与されない打抜き切断に比べて抑制される。したがって、板逆押さえ１３を用いない場合でもばり６の発生は少ない。本発明においては、被加工材１におけるダイ３肩近傍の加工硬化とばり６の発生を極力抑えたい場合や、被加工材板厚方向に圧縮力を加えたい場合のみ板逆押さえ１３を用いればよい（前記（５）に係る発明）。板逆押さえ１３を用いる場合の装置構成は図６のようになる。
【００３４】
本発明による装置を使用する場合、被加工材１の長手方向の両端はクランプされるので、打抜き切断途中の被加工材１には、図７のごとくたわみが生じる。このようなたわみにより、ダイ３の肩、パンチ２の肩部周辺の被加工材１には大きな塑性歪みが与えられ、伸びフランジ性が悪くなってしまう場合がある。被加工材１のたわみを防ぐためには例えば図８に示す装置のごとく、クランパ８をパンチ２の進行方向と同方向（紙面の上下方向）に可動とし、パンチ２、または、板逆押さえ（図８に図示しない）と同期して動くようにすればよい（前記（６）に係る発明）。
【００３５】
図８に示す装置は、クランパ８がパンチ２の軸方向（進行方向）に可動であり、バネ１４によりパンチ２の軸方向の変位は拘束される。パンチ２に設けられた突き出し部１６によりクランパ８の上面が押し込まれるため、パンチ２と同期してクランパ８はパンチ２の軸方向へ動く。係る構成により、パンチ２の肩部周辺による被加工材１の塑性歪みが抑制される。
【実施例１】
【００３６】
本発明による効果を実証するべく、被加工材１を図９に示す本発明例の装置により打抜き切断し、その後に伸びフランジ性を測定する試験を行った。図９に示す装置はダイ３と板しわ押さえ７により被加工材１の一端をクランプし、他端を、被加工材１の長手方向に可動であるクランパ８によりクランプした後に、連結棒として用いた円柱状の油圧シリンダ２３が油圧管１７を通して、油圧の調整により白抜きの矢印方向に伸びることによって被加工材１へ引張力を与えた状態で、打抜き切断する。
【００３７】
連結棒２３は２本とし、配置は図１４に示す配置とした。連結棒２３に加わる荷重は、連結棒２３の先端に設置されたロードセル（荷重センサー）１２により測定が可能である。油圧ソースには市販の電動油圧ポンプ３２を用い、２つの油圧シリンダに加わる合計の圧力調整手段（荷重調整手段３１）としては内蔵の油圧調整機能を使用した。
【００３８】
また、２つの油圧管１７各々に設けられた弁３３の開閉により連結棒２本に加わる油圧のバランス調整が行え、連結棒２本は独立な荷重コントロールが可能である（本発明例においては２本が均一な荷重となるように調整した）。また、クランプ力発生機構は図１４に配置を示すネジ１８、１９による締結力とした。連結棒２３の断面直径は４０ｍｍ、初期の長さは２００ｍｍとした。
【００３９】
被加工材１には板厚１．６ｍｍ、幅５０mmであるＳ４５Ｃ鋼板を使用した。打抜き部２０の形状は図１０に示す半円部と直線部を組み合わせた形状である。また、伸びフランジ試験については、図１１に示すように、６０°のテーパがついた円錐パンチ２２を打抜き切断面へ押し込み、打抜き切断端面上で亀裂が板厚を貫通した時点での円錐パンチ２２押し込み量を評価した。
【００４０】
引張力としては、０ｔ、０．２ｔ、０．４ｔ、０．８ｔ、１ｔ、１．２ｔ、１．４ｔ、１．６ｔ、１．８ｔ、２．０ｔの１０水準により試験を行い、各試行数は１０とした。
【００４１】
実験結果を図１５に示す。図１５より、本装置を使用して打抜き切断することにより、引張力を加えない場合と比べて打抜き端面の伸びフランジ性が向上することを確認できる。
【００４２】
また、本発明例の場合は、図１５に示されるように、１．６ｔの引張力が最適な値であり、伸びフランジ評価試験における円錐パンチ２２の押し込み量は約７８ｍｍであった。
【実施例２】
【００４３】
実施例１と同様の装置へ板逆押さえ１３を付加した図１２に示す装置で被加工材１を引張、打抜き切断する試験を行った。試験詳細については実施例１と同様である。
【００４４】
実験結果を図１６に示す。図１６から、本装置を使用して打抜き切断することにより、引張力を加えない場合と比べて打抜き端面の伸びフランジ性が向上することを確認できる。また、本発明例においては、図１６に示されるように、１．８ｔの引張力が最適な値であり、伸びフランジ評価試験における円錐パンチ２２の押し込み量は約９１ｍｍであった。
【実施例３】
【００４５】
実施例１で使用した装置に対して、クランパ８を図１３に示すパンチ２の進行方向にパンチ２と同期して同じ距離を動く機構とした装置を用いて被加工材１を引張、打抜き切断する試験を行った。クランパ８はパンチ２の軸方向に伸縮可能であり、伸縮はバネ１４により拘束されている。このクランパ８の上面が、パンチ２に設けられた突き出し部１６と接触して押しこまれることにより、クランパ８はパンチ２と同期してパンチ２の進行方向に動く。その他の試験条件については実施例１と同様である。
【００４６】
実験結果を図１７に示す。図１７から、本装置を使用して打抜き切断することにより、引張力を加えない場合と比べて打抜き端面の伸びフランジ性が向上することを確認できる。また、本実施例においては、図１７に示されるように、１．２ｔの引張力が最適な値であり、伸びフランジ評価試験における円錐パンチ２２の押し込み量は約８１ｍｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】打ち抜きによる切断加工を模式的に示した図である。
【図２】打ち抜きによる切断加工の被加工材端面を模式的に示す図である。
【図３】請求項１に示す本発明による装置を模式的に示した図である。
【図４】連結棒配置を示すための本発明による装置の上面図である。
【図５】請求項３に示す本発明による装置を模式的に示した図である。
【図６】請求項５に示す本発明による装置を模式的に示した図である。
【図７】被加工材１が打抜き切断される際にたわむ様子を模式的に示した図である。
【図８】請求項６に示す本発明による装置を模式的に示した図である。
【図９】実施例１に用いた装置を模式的に示した図である。
【図１０】実施例１〜３で行った打抜き切断の切断形状を示す図である。
【図１１】実施例１〜３で行った伸びフランジ試験を模式的に示す図である。
【図１２】実施例２に用いた装置を模式的に示した図である。
【図１３】実施例３に用いた装置を模式的に示した図である。
【図１４】実施例１〜３に用いた装置における、クランプ荷重発生のために使用したネジ位置を示す、装置の上面図である。
【図１５】実施例１における、伸びフランジ試験結果を示す図である。
【図１６】実施例２における、伸びフランジ試験結果を示す図である。
【図１７】実施例３における、伸びフランジ試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    被加工材
２    パンチ
３    ダイ
４    打ち抜き端面におけるだれ
５    打ち抜き端面におけるせん断面
６    打ち抜き端面におけるばり
７    板しわ押さえ
８    クランパ
９    ダイとクランパ間の連結棒
１０  ダイ、クランパ、板逆押さえ等を固定するための金型ベッド
１１  クランパの移動方向を被加工材長手方向に固定するためのガイドレール
１２  荷重センサー
１３  板逆押さえ
１４  バネ
１５  打ち抜き端面における破断面
１６  クランパ８上面を押し込むためのパンチ２に設けられた突き出し部
１７  油圧管
１８  ダイ３と板しわ押さえ７によるクランプ力発生のためのネジ
１９  クランパ８のクランプ力発生のためのネジ
２０  打抜き切断面形状
２１  伸びフランジ試験において被加工材１を固定するための板保持機構
２２  伸びフランジ試験に使用する円錐パンチ
２３  連結棒９として使用される油圧シリンダ（荷重発生手段）
３０  荷重発生手段
３１  荷重調整手段
３２  電動油圧ポンプ
３３  油圧ホースに設けられた弁
【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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【図１１】
2008183692.tif 000016
【図１２】
2008183692.tif 000017
【図１３】
2008183692.tif 000018
【図１４】
2008183692.tif 000019
【図１５】
2008183692.tif 000020
【図１６】
2008183692.tif 000021
【図１７】
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