(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な機構、かつ工具寿命が低下しないカス上がりの発生しない連続穴抜き装置を提供する。【解決手段】パンチとダイ１１を有する金型により複数回連続して被加工材を穴抜き加工する連続穴抜き方法において、１回の穴抜き加工におけるパンチの移動を第１段階と第２段階の２段階に分け、第１段階として被加工材の穴抜きが完了するまでパンチを移動し、その後パンチを停止した後、第２段階として再度パンチを移動して一連の穴抜き加工を完了させ、これを複数回繰り返す連続穴抜きであり、パンチが穴抜き加工完了後に一旦停止することにより、摺動熱の蓄積を抑制し、パンチの焼きつきに起因するカス癒着を防止し、その結果としてカス上がりの生じない簡易な連続穴抜きが可能となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンチとダイを有する金型により複数回連続して被加工材を穴抜き加工する連続穴抜き方法において、１回の穴抜き加工におけるパンチの移動を第１段階と第２段階の２段階に分け、第１段階として被加工材の穴抜きが完了するまでパンチを移動し、その後パンチを停止した後、第２段階として再度パンチを移動して一連の穴抜き加工を完了させ、これを複数回繰り返すことを特徴とする連続穴抜き方法。
【請求項２】
前記パンチの停止する時間が、０．１秒以上１０秒以下であることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の連続穴抜き方法。
【請求項３】
前記第１段階におけるパンチの移動が、パンチとダイのオーバーラップ量が０ｍｍ超２ｍｍ以下になるまでとする請求項１または２に記載の連続穴抜き方法。
【請求項４】
前記第２段階におけるパンチの移動距離が、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続穴抜き方法。
【請求項５】
前記パンチの底面に、被加工材に押圧を加えることができるイジェクタを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の連続穴抜き方法。
【請求項６】
前記ダイの内面と前記パンチの移動中心線との距離が、ダイの内面の少なくとも１部分において、前記パンチの移動方向に対し増加することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の連続穴抜き方法。
【請求項７】
サーボプレス機にて実施することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の連続穴抜き方法。
【請求項８】
パンチとダイを有する金型、および被加工材を前記金型内に送る送り装置を有する連続穴抜き装置であって、パンチの移動を第１段階と第２段階の２段階に分け、第１段階と第２段階の間にパンチの移動を停止する時間を設けるようパンチの移動を制御する制御装置を有することを特徴とする連続穴抜き装置。
【請求項９】
前記パンチの停止する時間が、０．１秒以上１０秒以下であることを特徴とする請求項８に記載の連続穴抜き装置。
【請求項１０】
前記第１段階におけるパンチの移動が、パンチとダイのオーバーラップ量が０ｍｍ超２ｍｍ以下になるまでとすることを特徴とする請求項８または９に記載の連続穴抜き装置。
【請求項１１】
前記第２段階におけるパンチの移動距離が、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の連続穴抜き装置。
【請求項１２】
前記パンチの底面に、被加工材に押圧を加えることができるイジェクタを備えることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の連続穴抜き装置。
【請求項１３】
前記ダイの内面と前記パンチの移動中心線との距離が、ダイの内面の少なくとも１部分において、前記パンチの移動方向に対し増加することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の連続穴抜き装置。
【請求項１４】
サーボプレス機にて実施することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の連続穴抜き装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、家電製品、建築構造物等の製作時における連続穴抜き装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電製品、建築構造物等の金属板に穴を形成する方法として、パンチ及びダイを用いた穴抜き加工が知られている。図１は一般的な穴抜き装置の概略図である。図２に示すように、パンチ１がダイ３に向かって下動することにより、ダイ３にセットされた被加工材２に穴抜き加工が施される。このとき、切り落とされた部分をカスという。
実際の生産現場においては上記穴抜き加工が千から数十万ショットに至るまで連続して実施される。この際の問題の一つとしては図２に示されるカス１０がダイ３の下部へ落ちることなくパンチ底面に張り付くことがある。パンチの上昇に伴い、カスがダイ３上面まで移動し（「カス上がり」と呼ばれる）、被加工材２とダイ刃先との接触を阻害して穴抜き不良を起こすこと場合がある。
【０００３】
このようなカス上がりを防ぐ方法としては、パンチ１底部にイジェクタ７を設けることやバキュームで吸い出すことが一般に行われる（特許文献５）。その他には、予め穴抜き予定部を押し圧する工程を設ける方法（特許文献１）や穴抜き予定部の周囲にビードを付与する方法（特許文献２）等が提案されている。ダイ内側面に拡径部を設けること（特許文献３）もよく行われている。
また、パンチ１の動作を工夫することも提案されている。例えば、パンチ速度に緩急を与えてカス１０を張り付きにくくする方法（特許文献４）、下死点位置でパンチを振動させてカス１０をふるい落とす方法（特許文献５）、パンチ下死点からパンチ１が上昇する際に減速または一旦停止してカス１０を落とす方法（特許文献６）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２１０７２７号公報
【特許文献２】特開２０１１−６２７号公報
【特許文献３】特開２００２−１６００２５号公報
【特許文献４】特開昭６０−１６２６００号公報
【特許文献５】特開昭６３−１３０２２６号公報
【特許文献６】特開２００６−２８９４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した方法にはいくつかの課題が存在する。特許文献１と特許文献２の方法は工程が増えることでコストも増加する。特許文献２の方法では意図しない形状が製品に設けられてしまう。特許文献３の方法ではダイ３内側部のわずかな平行部にカス１０が詰まってしまった場合にカス上がりが起こりやすい。全て拡径部とするようなことも可能であるが、この場合には刃先が破損しやすく工具寿命が短くなる。特許文献４、特許文献５、特許文献６の方法はパンチ速度を変化させることによる慣性力を利用するが、これらの方法もカス１０を十分にふるい落とすことができない。
そこで、本発明では工具寿命を損なうことなく、確実にカスを落とし、安定した連続穴抜きを実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行い、以下の知見を得た。
（ａ）連続穴抜きにおいては、初期ではカス上がりは発生しないものの、数百ショット、場合によっては数十ショット後にカス上がりが発生する。カス上がりが発生したときは、抜き穴の形状が歪む。これらのことから、カス上がり発生の原因について以下のように考察した。
一回の穴抜き加工において発生する摺動熱が蓄積し、パンチ表面性状が悪化し、抜き穴の形状の歪みをもたらし、場合によってはパンチ表面に焼きつきが生じると考えた。そして、パンチ表面性状の悪化により摺動熱がさらに蓄積し、ますます表面性状が悪化するという悪循環が発生するのではと考えた。その結果、最終的に当該部分においてカスの一部がパンチと癒着し、カス上がりが生じるものと考えた。
【０００７】
（ｂ）そこで、一回の穴抜き加工において摺動熱が蓄積しないよう、即ち、パンチ表面温度を下げるように、穴抜き加工プロセスの見直しを行った。
その結果、穴抜きが完了したところで一旦パンチの移動を停止することにより、パンチの表面温度が下がることを見出した。その後、再度パンチの移動を再開することにより、パンチ温度を上げずに、安定した穴抜き加工ができることを見出した。
即ち、穴抜き加工におけるパンチの移動を２段階に分け、その中間に停止時間を設けることで、パンチ温度の上昇が抑制され、その結果として、カス上がりを防止できることを見出した。
【０００８】
（ｃ）さらに本発明者らは実験を繰り返し、中間の停止時間は０．１秒以上あればよいことも見出した。
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨とするところは、以下の通りである。
【０００９】
（１）
パンチとダイを有する金型により複数回連続して被加工材を穴抜き加工する連続穴抜き方法において、１回の穴抜き加工におけるパンチの移動を第１段階と第２段階の２段階に分け、第１段階として被加工材の穴抜きが完了するまでパンチを移動し、その後パンチを停止した後、第２段階として再度パンチを移動して一連の穴抜き加工を完了させ、これを複数回繰り返すことを特徴とする連続穴抜き方法。
（２）
前記パンチの停止する時間が、０．１秒以上１０秒以下であることを特徴とすることを特徴とする（１）に記載の連続穴抜き方法。
（３）
前記第１段階におけるパンチの移動が、パンチとダイのオーバーラップ量が０ｍｍ超２ｍｍ以下になるまでとする（１）または（２）に記載の連続穴抜き方法。
（４）
前記第２段階におけるパンチの移動距離が、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の連続穴抜き方法。
（５）
前記パンチの底面に、被加工材に押圧を加えることができるイジェクタを備えることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の連続穴抜き方法。
（６）
前記ダイの内面と前記パンチの移動中心線との距離が、ダイの内面の少なくとも１部分において、前記パンチの移動方向に対し増加することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の連続穴抜き方法。
（７）
サーボプレス機にて実施することを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の連続穴抜き方法。
（８）
パンチとダイを有する金型、および被加工材を前記金型内に送る送り装置を有する連続穴抜き装置であって、パンチの移動を第１段階と第２段階の２段階に分け、第１段階と第２段階の間にパンチの移動を停止する時間を設けるようパンチの移動を制御する制御装置を有することを特徴とする連続穴抜き装置。
（９）
前記パンチの停止する時間が、０．１秒以上１０秒以下であることを特徴とする（８）に記載の連続穴抜き装置。
（１０）
前記第１段階におけるパンチの移動が、パンチとダイのオーバーラップ量が０ｍｍ超２ｍｍ以下になるまでとすることを特徴とする（８）または（９）に記載の連続穴抜き装置。
（１１）
前記第２段階におけるパンチの移動距離が、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする（８）〜（１０）のいずれか１項に記載の連続穴抜き装置。
（１２）
前記パンチの底面に、被加工材に押圧を加えることができるイジェクタを備えることを特徴とする（８）〜（１１）のいずれか１項に記載の連続穴抜き装置。
（１３）
前記ダイの内面と前記パンチの移動中心線との距離が、ダイの内面の少なくとも１部分において、前記パンチの移動方向に対し増加することを特徴とする（８）〜（１２）のいずれか１項に記載の連続穴抜き装置。
（１４）
サーボプレス機にて実施することを特徴とする（８）〜（１３）のいずれか１項に記載の連続穴抜き装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、カス上がりすることなく安定した連続穴抜きを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来の穴抜き加工装置を模式的に示す図である。
【図２】図２は、従来の穴抜き加工装置で、穴抜き加工を行った場合きカスを模式的に示す図である。
【図３】図３は、イジェクタ付きパンチを模式的に示す図である。
【図４】図４は、内面の一部に拡径部を有するダイを模式的に示す図である。
【図５】図５は、実施例２に用いたダイを模式的に示す図である。
【図６】図６は、実施例３に用いたパンチを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明を詳細に説明する。
説明で用いる連続穴抜き装置は、穴抜きパンチ１とダイ３を有する金型、および被加工材２を金型内に送りこむ板送り装置から成る。
本発明ではパンチ１の軸方向の動きが複雑であるため、サーボプレス機を用いるとよい。電動式のサーボプレス機であれば、さらによい。穴抜き下死点（便宜上、穴抜き後にパンチが一旦停止する位置を穴抜下死点と呼ぶ）時に必要な抜き荷重を得るべく、サーボプレス機は直動式のものが望ましい。穴抜きパンチ１とダイ３を有する金型は一般的な連続穴抜き用のものを用いる。板送り装置はプレス機の動作と連動するものを用いる。
【００１３】
＜従来の装置による連続穴抜き＞
本発明者らは上記の装置を用いてクリアランスを被加工材の板厚の１０％としてφ１０ｍｍの連続穴抜きを１ ｍｍ厚の軟鋼板に対して実施したところ、１０００ショットも穴抜きを実施しないうちにカス上がりにより穴抜き不良となる事態に陥った。カス上がりが生じた場合には抜き穴の形状が著しく歪んでしまい、製品として不良であった。
そこで、図３のごとくイジェクタ７が組み込まれたパンチ８を用いたが、頻度は下がったもののやはりカス上がりが生じてしまい、１０００ショットの穴抜きを連続で実施することができなかった。
また、オーバーラップ量９を２ｍｍほどに設定することでカスをダイ内に押し込むことを検討したが、この場合カス上がりは防げたもののパンチ１と穴端との摺動距離が長くなり、これにより焼きつきが頻繁に起こり、工具の損傷が頻発した。
なお、オーバーラップ量９とは、図２に示すように、パンチ１がダイ３の内部に挿入されたときのパンチ底面とダイ上面との距離である。
【００１４】
＜本発明の装置による連続穴抜き＞
［２段階のパンチ移動］
通常の穴抜き加工は途中停止することなく１回のパンチ移動で完了するのに対し、本発明は、パンチの移動を第１段階と第２段階の２段階に分け、その中間でパンチの移動を一旦停止することを特徴とする。以下に本発明に係る穴抜き工程を、順を追って説明する。
最初に、パンチを初期位置（本明細書において上死点と呼ぶ）に移動させて、パンチとダイの間に（通常はダイに載せるように）鋼板等の被加工材を置く。このとき、必要に応じて板おさえ４を配置してもよい。
次に、被加工材の穴抜きが完了するまで（穴抜き下死点まで）パンチを移動する（第１段階）。「被加工材の穴抜きが完了する」とは、被加工材からカス（穴抜き加工により切り落とされる部分）が完全に分離することである。従って、少なくともパンチがダイ内部に挿入されること、即ち、オーバーラップ量が少なくとも０より大きいことが必要である。
その後、パンチの移動を一旦停止する（この停止位置が、穴抜下死点である。）。この停止により、パンチ表面に局部的に蓄積した熱（摺動熱）が拡散され、パンチ表面温度を下げることができる。
【００１５】
その後、再度パンチを移動し、パンチを最終的な停止位置（本明細書において下死点とよぶ）まで移動する（第２段階）。この第２段階の移動により、カスが完全に分離され、穴抜き加工が完了する。
下死点に到達したパンチは、再度初期位置（上死点）まで移動し、穴抜きされた被加工材を取り外す。
以上の工程を総称して、本明細書において一連の穴抜き加工と呼ぶ。
【００１６】
［パンチの移動制御装置］
本発明に係る装置として、従来の連続穴抜き装置に、パンチの移動を制御する制御措置を有していればよい。当該制御装置により、第１段階の移動、第２段階の移動、その中間の停止時間を制御できればよい。
【００１７】
［第１段階でのオーバーラップ量］
第１段階のパンチの移動は、オーバーラップ量９を２．０ｍｍ以下になるようにパンチを被加工材に貫通させた後に一旦停止する。ここで、２．０ｍｍという上限は、オーバーラップ量９が大き過ぎれば前記焼きつきが生じてしまうことから繰り返し実験により見出したものである。加工条件の変動を考慮すると、オーバーラップ量の上限は小さい方がよく、好ましくは１．５ｍｍ、さらに好ましくは１．０ｍｍにするとよい。下限については特に定めるべきものはなく、パンチ１が被加工材２を貫通しさえすればよい。そういう意味では、オーバーラップの下限は０ｍｍより大きければよい（０超であればよい）。しかし、鋼板等は弾性変形域があるため、好ましくは被加工材の板厚の１０％以上にするとよい。
【００１８】
［パンチの停止時間］
パンチ１の停止時間は０．１秒程度でよく、この停止の間にパンチ１の熱（穴抜き時の摺動により発生する熱（本明細書において「摺動熱」と呼ぶ場合がある。））が他に伝導することでパンチが冷却される。パンチ停止時間（冷却時間）は長いほうが望ましい。従って、停止時間の下限は、好ましくは０．５秒、さらに好ましくは１．０秒にするとよい。
一方、発明者らの実験によれば１０秒の停止時間であればパンチは室温まで冷却されるため、これ以上の停止時間を設ける必要はない。従って、停止時間の上限は１０秒とする。
【００１９】
［第２段階でのパンチの移動］
停止後にパンチ１を１〜１０ｍｍほど押し込むことでカス１０をダイ３の奥へ送る。１ｍｍという下限は、カス上がりが確実に防がれた押し込み量を繰り返し実験により見出したものである。ここで、穴抜き時のオーバーラップ量２ｍｍにおいて焼きつきが生じたことを考慮すれば、１ｍｍ以上パンチを押し込むことはパンチ焼きつきが懸念される。
しかしながら、実際には穴抜きの場合に比べてパンチに加わる圧力が小さいため、押し込み量が１ｍｍより長くとも焼きつきは起こらなかった。ただし、１０ｍｍ以上の押し込みでは摺動距離が長くなり過ぎてしまい、焼きつきが生じる場合があった。これらの過程を経る連続穴抜き装置により、焼きつきによるパンチ１の寿命低下を起こすことなく、カス上がりを防止することができた。
【００２０】
［ダイ内部の拡径部］
本発明に係る連続穴抜き装置においては、ダイ３の内面に図４のごとく拡径部１２を設けておくこともできる。拡径部は、ダイ内面全体でなくてもよい。即ち、ダイ内面の少なくとも一部分において、パンチの移動方向に対し、ダイの内面とパンチの移動中心線との距離が増大していればよい。また、ダイ内面の、パンチの移動中心線に垂直な断面形状（同様にパンチ底面の形状でもあり、即ち、開孔する穴形状を指す。）は円に限定されるものではない。多様な形状の穴であっても、少なくともその内面の一部分が、パンチの移動方向に対し、移動中心線からの距離が増大していればよい。本明細書においては、この部分のことを便宜的に「拡径部」と呼ぶ。
もちろんダイ内面の全体が拡径部であってもよい。その場合、ダイ内面の上部（パンチが入ってくる方を上部と呼ぶ）には、拡径部ではなく、パンチの移動中心線に平行な面を設置することが好ましい。こうすることにより、ダイ端部（刃に相当する部分）の損傷を回避することができる。
これにより、拡径部１２まで押し込まれたカス１０がダイ１１の下部に自重で落ちるため、カス１０を押し込むことによるパンチの負荷が減ることで工具寿命の向上が期待できる。また、カス詰まりによるカス上がりの危険性を下げることもできる。拡径量は少ない方が工具の寿命上は望ましい。その大きさはパンチ荷重やカスのつまりの有無をみて試行錯誤的に決定する必要がある。
【００２１】
［イジェクタ］
さらに、パンチ１の底面（カスに接触する面）にイジェクタ７を設けておけばカス上がりの危険性をさらに低下させることが可能となる。イジェクタとは、パンチ底面に備えられ、被加工材（カスも含む）に押圧を加え、カスを分離し易くする機構である。押圧を加える方法は特に限定しない。パンチ内にバネ等の弾性体を配置し、被加工材に押圧を加えるものなどがある。
【００２２】
［穴抜き速度や穴のサイズ］
なお、穴抜き速度や穴抜きサイズがカス上がりやパンチ寿命に影響を及ぼすことも考えられる。本発明者らの実験では、パンチ速度４００ｍｍ／秒、穴抜きサイズが概ねφ５０ｍｍ程度まで調査したが、上記の連続穴抜き装置の効果は問題なく得られた。なお、本発明の原理から考察して、これらのパンチ速度と穴抜きサイズは本発明の適用分野を限定するものではない。
また、本発明は丸穴だけに限定されることなく、楕円や角穴、その他の任意の穴形状に対しても同様の効果を得ることができた。
【実施例１】
【００２３】
１．６ｍｍ厚の５９０ＭＰａ級鋼板を被加工材として、本発明に係る連続穴抜き方法と、比較対象である従前の連続穴抜き方法（パンチ移動を途中停止しない方法）で評価試験を実施した。実施例、および比較例とも穴抜き速度を２００ｍｍ／秒とし、穴抜き部をφ１０ｍｍの丸穴とした。パンチとダイのクリアランスは被加工材板厚の１０％とした。実施例、比較例ともにダイは拡大部を有しないものを用い、パンチのイジェクタは無しとした。ショット数は３００００ショットを上限とした。穴抜き時のオーバーラップ量、パンチの停止時間、停止後のパンチ押し込み量、およびカス上がりが生じたショット数とカス上がり時（３００００ショットが上限）のパンチ焼きつきの有無を表１に示す。
表１より、比較例は１２０００回でカス上がりが発生し、焼きつきも確認できた。一方、本発明の実施例は全て２００００ショット以上までカス上がりが発生せず、焼きつきも無いか、あっても微小領域でしか観察されなかった。これにより本発明の効果が検証された。
【実施例２】
【００２４】
内面に拡径部を有するダイにより穴抜き加工を行った。穴抜き条件は、実施例１（表１）のＡ６と同様の条件で試験した。ダイは図５に示すようにパンチの移動中心線に対する傾斜角θの拡径部を有するものを用い、パンチのイジェクタは無しとした。ショット数は３００００ショットを上限とした。穴抜き時のオーバーラップ量、パンチの停止時間、停止後のパンチ押し込み量、およびカス上がりが生じたショット数とカス上がり時（３００００ショットが上限）のパンチ焼きつきの有無を表２に示す。
表２より、ダイ内面に拡径部を有することにより３００００ショットまでにカス上がり、焼きつきが生じていない。これは実施例１のダイに拡径部が無い場合よりも改善している。これにより本発明の効果が検証された。
【実施例３】
【００２５】
底面にイジェクタを有するパンチにより穴抜き加工を行った。穴抜き条件は、実施例１（表１）のＡ２と同様の条件で試験した。ダイは拡径部を有さないものを用い、パンチは図６に示すように直径φのイジェクタ付きとした。ショット数は３００００ショットを上限とした。穴抜き時のオーバーラップ量、パンチの停止時間、停止後のパンチ押し込み量、およびカス上がりが生じたショット数とカス上がり時（３００００ショットが上限）のパンチ焼きつきの有無を表３に示す。
表３より、パンチ底面にイジェックタを設けることにより３００００ショットまでにカス上がり、焼きつきが生じていない。これは実施例１のパンチにイジェクタが無い場合よりも改善している。これにより本発明の効果が検証された。
【００２６】
【表１】
2017039158.tif 000003
【００２７】
【表２】
2017039158.tif 000004
【００２８】
【表３】
2017039158.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、鋼板等の穴抜き加工に利用することができる。特に、連続穴抜き加工において、カス上がりのない、安定した連続操業を実現することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１    パンチ
２    被加工材
３    ダイ
４    板押さえ
５    クリアランス
６    ばね
７    イジェクタ
８    イジェクタ付きパンチ
９    オーバーラップ量
１０    カス
１１    拡径部付きダイ
１２    ダイ内面の拡径部
２０    パンチの移動中心線
θ    ダイ内面の拡径部の傾斜角度
φ    イジェクタの直径
【図３】
2017039158.tif 000006
【図４】
2017039158.tif 000007
【図５】
2017039158.tif 000008
【図６】
2017039158.tif 000009
【図１】
2017039158.tif 000010
【図２】
2017039158.tif 000011