(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイに載置した金属帯をストリッパープレートで拘束してダイ方向にパンチを相対移動させて中抜き、次いで外抜きすることによりリング状打抜き製品を作製する際、ダイとパンチとの間のクリアランス比を中抜き時に比較して外抜き時に小さく設定することを特徴とする金属帯の打抜き加工方法。
【請求項２】
金属帯の板厚に対するクリアランスの比率で定義されるクリアランス比を中抜き時に１２〜２０％、外抜き時に５〜１０％に設定する請求項１記載の打抜き加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金型のチッピングや金属帯のソリ発生を防止しながら形状精度の良好な打抜き製品を得る加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属帯からリング状打抜き部品を製造する場合、図１，２に示すように、ダイ１に載置した金属帯Ｍ0をストリッパープレート２で拘束し、ダイ１に相対的に接近する方向にパンチ３を移動させて金属帯Ｍ0を中抜きする（第１工程）。次いで、中抜きされた金属帯Ｍ1をダイ１，カウンターパッド４の上に載置し、ストリッパープレート２で金属帯Ｍ1を拘束する。この状態でダイ１に相対的に接近する方向にパンチ３を移動させることにより、金属帯Ｍ1を外抜きし、リング状の打抜き製品Ｐを製造する（第２工程）。
【０００３】
通常の打抜き加工では、ダイ１とパンチ３とのクリアランス比が小さ過ぎると、二次剪断面，タング等の発生によって打抜き面性状が劣化しやすく、剪断抵抗の増大に起因するチッピング等の微小欠陥の発生により金型寿命も低下しやすい。逆に、過大なクリアランス比では，打抜き面にダレ，カエリが増加し、ソリも大きくなって製品の平面度が低下しやすい。このようなことから、金属帯Ｍの打抜き加工では、５〜１２％のクリアランス比が一般的に採用されている。
【０００４】
クリアランス比の設定は、第１工程の中抜きと第２工程の外抜きでリング状打抜き製品Ｐを作製する場合でも同様に適用され、第１工程，第２工程共にダイ１とパンチ３との推奨クリアランス比５〜１２％を基準として同じクリアランス比に設定することが一般的である。リング状打抜き製品Ｐの用途によっては平面度規格が厳しく要求されることもあり、このような場合にはソリ発生を防止するため比較的小さな値５〜８％にクリアランス比を設定している。
平面度規格の要求が厳しい加工製品を得る打抜き加工では、小さなクリアランスのために金型の磨耗が激しく、作製された打抜き製品にソリが発生するまでの時間が短くなる。そのため、ソリの増大に起因して平面度が規定値を越えた時点で金型の寿命が尽きたものと判断し、金型を交換している。
【０００５】
金型の交換は、第１工程で中抜き、第２工程で外抜きすることによりリング状打抜き製品Ｐを製造する場合に不利となる。すなわち、第１工程、第２工程何れの金型の磨耗がソリ増大に影響を及ぼしているのか不明なため、第１工程、第２工程のパンチ及びダイを両方とも交換せざるを得ない。具体的には、平面度の要求が過酷な打抜き製品の製造ラインでは、２〜３回／日の頻度で金型の交換が余儀なくされ、金型交換作業のために生産性が低下するばかりか、多数の金型を使い潰すことから加工コストが上昇することにもなる。更に、金型交換を節減して加工を継続すると、ソリの増加に起因して平面度が規格値を超える打抜き製品が製造される。打抜き製品に生じたソリは別工程で矯正する必要があるが、ソリの除去には熟練を要し、工数増加によって加工コストが上昇する原因にもなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
打抜き加工時に発生するソリは、ダイ１及びパンチ３で金属帯Ｍが剪断される際に発生する曲げモーメントによる塑性変形が原因である。一般的にダイ１とパンチ３とのクリアランス比が大きいほど、ソリを助長させる大きな曲げモーメントが発生すると考えられる。したがって、ソリ発生を抑制するためには、クリアランス比を可能な限り小さく設定することが好ましい。
【０００７】
他方、チッピングと称される微小欠陥が金型に発生すると、微小欠陥が打抜き製品に転写され打抜き面性状が劣化するため、チッピングの発生に起因した金型の交換が強いられる。金型に発生するチッピングは、クリアランス比の減少に起因する剪断抵抗の増加が原因である。したがって、チッピング発生の抑制にはクリアランス比をなるべく大きく設定することが好ましく、ソリ発生の抑制策と相反する。
ソリ及びチッピングの発生原因が相異なる現象に由来し、ソリ発生を抑制しようとするとチッピングが発生しやすく、チッピング発生を抑制しようとするとソリが発生しやすくなる。そのため、適正なクリアランス比を設定することにより、ソリ及びチッピング両者の発生を抑制することは困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、中抜き，外抜きによってリング状の打抜き製品を作製する場合、ソリ発生に及ぼすクリアランス比の影響度を考慮して中抜き時と外抜き時とでクリアランス比を変えることにより、平面度を低下させるソリ発生や打抜き面性状を低下させるチッピングの発生を抑え、金型の寿命を延長させると共に、形状精度の良好な打抜き製品を得ることを目的とする。
【０００９】
本発明は、その目的を達成するため、ダイに載置した金属帯をストリッパープレートで拘束してダイ方向にパンチを相対移動させて中抜き、次いで外抜きすることによりリング状打抜き製品を作製する際、ダイとパンチとの間のクリアランス比を中抜き時に比較して外抜き時に小さく設定することを特徴とする。クリアランスは、被打抜材である金属帯の板厚ｔに対するクリアランスＣの比率で定義されるクリアランス比〔Ｃ／ｔ×１００（％）〕が中抜き時に１２〜２０％、外抜き時に５〜１０％となるように設定することが好ましい。
【００１０】
【作用】
本発明者等は、中抜き，外抜きの２工程でリング状の打抜き製品を製造するとき、各工程のソリ発生に及ぼすクリアランスの影響を種々調査検討した。その結果、クリアランス比がソリ発生に及ぼす影響は、中抜きに比較して外抜きの方が大きくなることを見出した。中抜き，外抜きでクリアランス比の影響が異なる理由は次のように推察される。
中抜き，外抜きの２工程でリング状打抜き製品を製造する場合、金属帯Ｍ0の中抜きで生じる縁部Ｒ1は、中抜きされた金属帯Ｍ1の外抜きで生じる縁部Ｒ2よりも曲率が大きく、小さな面積に大きな打抜き荷重が加わる。そのため、局部的に大きな剪断抵抗が金型に作用し、チッピングが発生しやすい。他方、大きな荷重負荷のため金属帯Ｍ0が塑性変形しやすいが、変形領域が小さなことから金属帯Ｍ0の全体に及ぼす影響が少なく、クリアランス比を比較的大きく設定してもソリ発生が少ない。
【００１１】
外抜きは、製品Ｐとなる部分をパンチ３とカウンターパッド４で挟んで打ち抜くが、挟み込む面積が狭いため、打抜き時の曲げモーメントにより生じる反りを抑え込むことが難しく、製品Ｐに反りが発生しやすい。そのため、中抜きに比較して外抜き時のクリアランス比を小さく設定して、ソリ発生を抑制する必要がある。しかも、曲率が比較的小さなことから、外抜き時に加えられる打抜き荷重が局部的に大きな応力として金型に作用することもない。すなわち、チッピングは、中抜き時に比較して発生しがたい。このように中抜き時，外抜き時における金属帯Ｍ0，Ｍ1の挙動及び金型に加わる負荷を考慮して、中抜き時よりも外抜き時のクリアランス比を小さく設定することにより、リング状打抜き製品Ｐの平面度を低下させるソリの発生が抑えられ、且つ打抜き面性状が良好な製品が得られる。
【００１２】
中抜き工程では、クリアランス比を１２〜２０％の範囲に設定することが好ましい。中抜き時に生じるチッピングは、１２％以上のクリアランス比で顕著に抑制される。しかし、２０％を超えるクリアランス比では、曲げモーメントに起因して大きなソリが生じやすくなる。外抜き工程では、クリアランス比を５〜１０％と中抜き時よりも小さく設定することが好ましい。クリアランス比が５％未満になると、外抜き工程で金型のチッピングが極端に増加し、打抜き製品の端面性状を劣化させる。逆に１０％を超えるクリアランス比では、打抜き製品にソリが発生しやすくなる。
【００１３】
【実施例】
板厚２ｍｍ，板幅１５０ｍｍのＳＡＰＨ鋼帯をコイルから巻き戻し、レベラーで平面度０．０５ｍｍ以下に調整した打抜き原板を用意した。金型材質はダイ１，パンチ３共にＳＫＤ１１以上（ＨＲＣ６０以上）とし、ストローク数２５ｓｐｍの順送り抜き加工できる２００トンメカプレスを使用した。
打抜き原板を第１工程のダイ１に載置し、ストリッパープレート２で拘束した状態で径１００ｍｍのパンチ３を下降させて中抜きした。ダイ１としては、クリアランス比が３〜２２％となるように１００．１２〜１００．８８ｍｍの範囲でダイ径を変化させたものを使用した。
【００１４】
外抜き工程では、中抜きされた金属帯Ｍ1をダイ径１２０ｍｍのダイ１，カウンターパッド４に載置し、ストリッパープレート２で拘束した状態でパンチ３を下降させて金属帯Ｍ1を外抜きした。パンチ３としては、クリアランス比が５〜２０％となるように１１９．８〜１１９．２ｍｍの範囲でパンチ径を変化させたものを使用した。
中抜き，外抜きで作製されたリング状打抜き製品Ｐを打抜き回数２５０ショットごとにサンプリングし、次のようにソリ，チッピングの発生状況を調査した。
【００１５】
１３０ｍｍ×１３０ｍｍの範囲で０．３ｍｍの隙間をもつスリット治具にリング状打抜き製品Ｐを通過させることによってソリ発生の有無を判定し、平面度が０．３ｍｍを超える打抜きショット数をカウントした。平面度０．３ｍｍを超えるソリが３０００ショット未満で発生したものを×，３０００〜５０００ショットで発生したものを△，５０００ショットでも生じなかったものを○と評価した。
打抜き面性状を目視観察し、３０００ショット未満でチッピングが発生したものを×，３０００〜５０００ショットでチッピングが発生したものを△，５０００ショット以上でもチッピングが発生しなかったものを○として耐チッピング性を評価した。
【００１６】
総合評価として、５０００ショットの打ち抜き後に平面度０．３ｍｍを超えるソリが発生せず、３０００ショット以上でも金型にチッピングの発生がなく、且つ何れかの金型が５０００ショットを超えるまでチッピングが発生しなかったものを○，５０００ショットに至る前に平面度０．３ｍｍを超えるソリが発生し、或いは５０００ショットに達するまでにチッピングが発生したものを×と判定した。
【００１７】
表１の調査結果にみられるように、ソリ発生に影響が小さな第１工程（中抜き）のクリアランス比を比較的大きく設定し、ソリ発生に大きな影響を与える第２工程（外抜き）のクリアランス比を比較的小さく設定した試験番号１〜６（本発明例）では，５０００ショット以上でも平面度０．３ｍｍを超えるソリが発生しなかった。また、クリアランス比を大きく設定した第１工程の金型は、打抜きを５０００ショット以上繰り返した後でもチッピングが生じおらず、更なる打抜き加工に使用可能なことが判った。
【００１８】
これに対し、第１工程，第２工程のクリアランス比を等しく設定して中抜き，外抜きしたものでは、クリアランス比の小さな試験番号７（従来例）ではチッピングの発生傾向が強く、クリアランス比の大きな試験番号８（従来例）ではソリの発生傾向が強くなっていた。ソリの発生は、クリアランス比の増加に伴って顕著になり、第１工程のクリアランス比を１５％にした試験番号９（従来例）では、１０００ショットの短期間で著しいソリが検出された。
また、第１工程のクリアランス比を第２工程よりも小さく設定した場合、第１工程のクリアランス比が小さな試験番号１０（比較例）ではチッピングの発生が著しく、ソリ発生に至る打抜き回数も少なかった。この場合にも、クリアランス比の増加に伴ってソリ発生が顕著になり、試験番号１１（比較例）では１０００ショット、試験番号１２（比較例）では５００ショットと短期間でソリが発生した。
【００１９】
0004789228.tif 000002
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、ソリ発生に影響の少ない中抜き時のクリアランス比をチッピング低減に有効な程度まで大きくし、ソリ発生に及ぼす影響が大きな外抜き時のクリアランス比を小さく設定することにより、チッピングの発生を抑えている。この方法によると、平面度が高く、端面性状も良好なリング状打抜き製品が得られ、打抜き加工後のソリ矯正工程も省略できる。また、チッピング発生に起因する金型の交換頻度も節減できるため、加工コストも低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  金属帯Ｍ0を中抜きした後、外抜きするリング状打抜き製品の製造工程図
【図２】  金属帯Ｍ0（ａ）を中抜き（ｂ）し、次いで外抜き（ｃ）することにより作製されるリング状打抜き製品
【符号の説明】
１：ダイ    ２：ストリッパープレート    ３：パンチ    ４：カウンターパッド
Ｍ0：金属帯    Ｍ1：中抜きされた金属帯    Ｍ2：外抜きされた金属帯
Ｒ1：中抜きで金属帯に形成された開口縁部
Ｒ2：外抜きで金属帯に形成された開口縁部
Ｐ：リング状打抜き製品
【図１】
0004789228.tif 000003
【図２】
0004789228.tif 000004