JP5386991B2 - せん断加工成形方法 - Google Patents

Description

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、ペンストック等の構造部材として用いられる鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウム及びこれらの合金等の金属板からなる被加工材をせん断加工により所定形状に成形するせん断加工成形方法に関するものであり、特に、せん断加工後に伸びフランジ加工される被加工材のせん断加工端部の伸びフランジ性を向上させるのに好適なせん断加工成形方法に関するものである。

自動車、家電製品、建築構造物等の金属板１には、図１のようにパンチ２とダイ３とによるせん断加工が施されることが多い。このせん断加工は、被加工材１（金属板１）をダイ３上に載置させたうえで、パンチ２を図１に示す矢印方向に押し込むことにより、パンチ２とダイ３との間で被加工材１をせん断し、被加工材１を所定形状に成形するものである。

図２は、せん断加工後に被加工材１の端部に形成されるせん断加工端部８の形状を模式的に示す側面断面図である。図２に示すように、せん断加工端部８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（以下、特に記載がなく“クリアランス”と表記した場合は、パンチ２とダイ３とのクリアランスを指すこととする。）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と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６、及び被加工材１の裏面に生じるバリ７によって構成される。

このせん断加工端部８の表面性状は、せん断加工後に被加工材１のせん断加工端部８を伸びフランジ加工する際に、そのせん断加工端部８の伸びフランジ性に影響を与えることが知られている。また、せん断加工により形成されるせん断加工端部８の伸びフランジ性は、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や、レーザーによる切断によって得られる切断面の伸びフランジ性と比べて劣ることが知られている。

このような問題を踏まえ、せん断加工時に被加工材１のせん断加工される所定部位へ引張力を付与しつつ、その所定部位をせん断加工する方法が提案されている。被加工材１の所定部位へ引張力が加わった状態でせん断加工する場合、被加工材１のせん断加工時においてその所定部位に対して亀裂が発生、進展しやすくなることがせん断加工シミュレーションについて記載された非特許文献１に示唆されており、結果として、引張力を付与しない場合よりも少ない変形量でせん断加工が完了するため、せん断加工端部８の加工硬化が減少して破断面６も平滑化し、伸びフランジ性を向上させることができる。

このような引張力を被加工材１の所定部位へ加えてせん断加工する他の従来技術として、特許文献１においては、パンチの先端に所定形状の突出部を設けることによって、せん断加工初期に引張力が被加工材の所定部位へ加わるようにしたせん断加工方法・装置が提案されている。また、特許文献２においては、所定形状の突出部を設けたパンチとダイとを用いたせん断加工時において、０．００１〜０．２０の引張歪(真歪)に相当する引張応力を被加工材の所定部位に付与した上でせん断加工を行うことを特徴とする鋼板せん断加工方法が提案されている。さらに、特許文献３においては、被加工材をクランパやロールによりクランプした後に、クランパやロールにより被加工材をその長手方向へ移動させ、被加工材へ引張力を与えた後に切断する方法が記載されている。

これら以外にも、特許文献４においては、伸びフランジ性向上を狙ったものではないが、パンチ底面に設けられた可動の押し圧ピンと、凹部が設けられた板逆押さえを用い、かつ、加工時に板逆押さえにより被加工材が押し上げられることによって被加工材に引張力を与え、編肉の少ない高精度な凸凹部を成形することのできる打ち抜き加工方法が記載されている。

特開平８−９９１３１号公報 特開２００６−２２４１２３号公報 特開２００６−２３１４２５号公報 特開２０００−２８００３４

塑性と加工第４６巻、第５３２号ｐｐ３９２―３９６、２００５

以上の特許文献１〜４に開示される技術は、いくつかの課題が存在する。

特許文献１に記載の開示技術は、せん断加工される被加工材の所定部位においてのパンチに対面する面側では引張応力が加わるが、ダイに対面する面側では圧縮応力が加わるため、却って、被加工材が完全に分断しにくくなり、せん断加工端部の加工硬化減少効果が得られない場合があるという問題点がある。

特許文献２に記載の開示技術は、記載されている具体的な引張力の与え方がパンチに突起を設けることであり、特許文献１と同様の理由でせん断加工端部の加工硬化減少効果が得られない場合があるという問題点がある。

特許文献３に記載の開示技術は、被加工材に引張応力を付与するためにクランパやロールの駆動機構を設ける必要があるため、金型の機構が複雑になり、生産コストが増してしまうという問題点がある。

特許文献４に記載の開示技術は、その目的があくまで被加工材に対して高精度に凸部を成形することにあり、伸びフランジ性を向上させるための具体的な方法について開示するものではない。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、生産コストの増大を抑えつつ、安定してせん断加工によって形成されるせん断加工端部の伸びフランジ性を向上させることができるせん断加工方法を提供することにある。

上記の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）伸びフランジ加工される所定形状の金属板をパンチ及びダイを用いたせん断加工により成形するせん断加工成形方法においてせん断加工後の前記金属板のせん断加工端部への伸びフランジ加工時に割れの危険性がある前記せん断加工端部の所定位置を伸びフランジ割れ危険部位として実験又は数値計算によって特定した後、前記パンチに対向する板逆押さえと該パンチとにより、又は前記ダイに対向するしわ押さえと該ダイとにより、せん断加工後に前記せん断加工端部を伸びフランジ加工するために凹状の湾曲形状に形成されるように、かつ、前記伸びフランジ割れ危険部となる部位に５０〜４００ＭＰaで引張応力が加わるように、引張強度５９０ＭＰａ以上９８０ＭＰａ以下の前記金属板へ略円錐台形状、略円柱状、又は略角柱状のビードを付与し、そのまま該金属板をせん断することを特徴とするせん断加工成形方法。

尚、本発明において、せん断加工とは、シャー角のついていない平坦なパンチとダイを用いて行う、孔を開ける以外の切断加工、即ち、せん断加工後に形成されるせん断加工端部での稜線が開いたものである切断加工と定義する。また、本発明において、ダイとは、土台としてのダイホルダーによって構成されていてもよい。

（２）前記ビードを、前記板逆押さえの上面に設けられた凹部へ前記パンチの底面に設けられた凸部を前進させて前記金属板を押し込むことにより付与することを特徴とする（１）記載のせん断加工成形方法。

（３）前記ビードを、前記ダイの上面に設けられた凹部へ前記しわ押さえの底面に設けられた凸部を前進させて前記金属板を押し込むことにより付与することを特徴とする（１）又は（２）記載のせん断加工成形方法。

（４）せん断加工後に前記伸びフランジ割れ危険部となる部位におけるせん断加工方向と直交する方向の前記金属板の両端を固定しながら前記ビードを付与し、そのまま該金属板をせん断加工することを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載のせん断加工成形方法。

（１）の発明によれば、ビード形成時に、せん断加工方向と直交する方向に引張力が発生するため、ビード形成が無い場合に比べて金属板の変形が少ない状態でせん断が完了する。これにより得られた金属板は、伸びフランジ割れ危険部の歪が少ないので伸びフランジ割れ危険部の変形能が増すことになり、その結果、伸びフランジ割れ危険部の伸びフランジ性が向上することになる。また、（１）の発明によれば、せん断加工後に伸びフランジ割れ危険部となる所定部位の両面側に引張応力が加わるため、安定して伸びフランジ性を向上させることが可能となる。また、（１）の発明によれば、金型の機構が簡素なものとなり、生産コストの増大を防止することができる。

（４）の発明によれば、金属板の固定力が増してビード付与時における金属板のずれ動きを防ぐことができ、ビード高さが小さくとも所望の引張応力を伸びフランジ割れ危険部となる所定部位に加えることができる。

せん断加工を模式的に示した正面断面図である。 せん断加工により形成されるせん断加工面の形状を模式的に示す側面断面図である。 （ａ）は、本発明で用いられるせん断加工成形装置の第１実施形態の構成を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）はその平面図である。 本発明に係るせん断加工成形方法について説明するための被加工材の平面図である。 本発明に係るせん断加工成形方法について説明するための第１実施形態のせん断加工成形装置の正面断面図である。 （ａ）は、本発明で用いられるせん断加工成形装置の第２実施形態の構成を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）はその平面図である。 本発明に係るせん断加工成形方法について説明するための第２実施形態のせん断加工成形装置の正面断面図である。 （ａ）は、ビードを二つ付与することができる他の実施形態のせん断加工成形装置の構成を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）はクランパを設けたせん断加工成形装置の構成を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）はその平面図である。 実施例１〜３において、せん断加工により作成した、伸びフランジ加工試験を行う成形品としての試験片のブランク形状を示す平面図である。 実施例１〜３において、伸びフランジ加工試験後の試験片の形状を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は、実施例１で本発明例１として使用したせん断加工成形装置を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は、実施例２で本発明例２として使用したせん断加工成形装置を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は、実施例３で本発明例３として使用したせん断加工成形装置を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）はその平面図である。

以下に本発明を適用したせん断加工成形方法について、図面を参照にしながら詳細に説明する。

図３（ａ）は、本発明に係るせん断加工成形方法を実現するためのせん断加工成形装置１０の第１実施形態の構成を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。

せん断加工成形装置１０は、材料となる被加工材１の下側に配置される下金型としてのダイ１３及び板逆押さえ１７と、被加工材１の上側に配置される上金型としてのパンチ１１及びしわ押さえ１５とを備えている。上金型は、図示しない土台としてのパンチホルダーに、下金型は図示しない土台としてのダイホルダーに固定されている。

パンチ１１は、図示しない上下駆動手段の駆動により上下動可能に構成されている。ダイ１３は、その上に被加工材１を載置させるものである。ダイ１３は、図示しない土台としてのダイホルダーによって構成されていてもよい。パンチ１１及びダイ１３は、被加工材１のせん断加工後の形状に対応する形状に形成されている。なお、せん断加工により形成される被加工材１のせん断加工端部３３は、図４（ｂ）に示すように、そのせん断加工端部３３を伸びフランジ加工するために、凹状の湾曲形状に形成されることになる。

しわ押さえ１５は、図３に示すように、被加工材１を間に挟んでダイ１３に対向して設けられており、図示しない上下動駆動手段の駆動により上下動可能に構成されている。しわ押さえ１５は、パンチ１１に対して独立して上下動可能となるように構成されている。ダイ１３上に載置される被加工材１は、しわ押さえ１５の下降により、ダイ１３の上面としわ押さえ１５の底面との間にクランプされて固定される。

板逆押さえ１７は、被加工材１を間に挟んでパンチ１１に対向して設けられており、図示しない付勢手段によってパンチ１１側に付勢された状態で、上下動可能に設けられている。板逆押さえ１７を付勢する付勢手段は、例えば、コイルバネやウレタン等の弾性体や、油圧クッションピン等によって構成される。

本実施形態において、パンチ１１は、その底面に下側に突出する凸部１２が設けられており、板逆押さえ１７は、その上面に凹状をなす凹部１８が設けられている。凸部１２及び凹部１８は、パンチ１１の下側への前進により被加工材１を凸部１２で押圧して凹部１８内に押し込むことができるように、それぞれの位置関係、大きさが調整されて設けられ
ている。凸部１２及び凹部１８の形状は、本実施形態において略円錐台形状とされているが、これは特に限定するものではなく、円柱状、角柱状等で形成されていてもよい。

なお、板逆押さえ１７は、後述するように、パンチ１１の下側への前進により被加工材１を凸部１２で押圧してビード４３を形成する際に、せん断加工直前の段階で所定の大きさのビード４３が形成されるように、パンチ１１の押圧力によって降下しない程度の付勢力をもってパンチ１１側に付勢されている。また、パンチ１１は、ビード４３の形成後において、板逆押さえ１７のパンチ１１側への付勢力よりも大きな押圧力が負荷されて、板逆押さえ１７とともに一体的に降下するように構成されている。

次に、本発明に係る被加工材のせん断加工成形方法の工程について説明する。

本発明に係るせん断加工成形方法は、せん断加工後において、せん断加工により形成された被加工材１のせん断加工端部３３を伸びフランジ加工することを前提として行なうものである。即ち、本発明は、せん断加工後におけるせん断加工端部３３への伸びフランジ加工時に、伸びフランジ割れの危険性があるせん断加工端部３３の所定位置を伸びフランジ割れ危険部３１として予め特定しておき、せん断加工後に該伸びフランジ割れ危険部３１となる部位に対して、所定範囲の引張応力が加わるように被加工材へビード４３を付与し、そのまま該被加工材１をせん断することを特徴としている（前記（１）に係る発明）。これによって、ビード４３形成時に、伸びフランジ割れ危険部３１となる所定部位３９においてせん断加工方向と直交する方向に引張力が発生するため、ビード４３形成が無い場合に比べて被加工材１の変形が少ない状態でせん断が完了する。これにより得られた被加工材１は、伸びフランジ割れ危険部３１の歪が少ないので伸びフランジ割れ危険部３１の変形能が増すことになり、その結果、伸びフランジ割れ危険部３１の伸びフランジ性が向上することになる。

また、本発明により得られた被加工材１は、せん断加工後に伸びフランジ割れ危険部３１となる所定部位３９よりも比較的離れた部位にビード４３を形成することによって、その所定部位３９のパンチ１１に対面する面側と、ダイ１３に対面する面側との何れにおいても引張応力が加わることになるため、伸びフランジ割れ危険部３１での加工硬化減少効果を十分に得ることができ、安定して伸びフランジ性を向上させることが可能となっている。

また、本発明は、被加工材に引張応力を付与するためにクランパやロールの駆動機構を設ける必要がなく、金型の機構が簡素なものとなり、生産コストの増大を防止することが可能となっている。

以下、本発明に係るせん断加工成形方法を、上述したようなせん断加工成形装置１０の動作とともに更に詳細に説明する。

まず、伸びフランジ割れ危険部の特定方法から説明する。図４は、伸びフランジ割れ危険部３１の特定方法について説明するための図であり、図４（ａ）は、被加工材１のせん断加工前の形状の一例を示し、図４（ｂ）は、せん断加工後の被加工材１の形状の一例を示している。せん断加工時において、被加工材１は、例えば、図４（ａ）において二点鎖線で示す仮想的な切断線４１に沿ってパンチ１１及びダイ１３によりせん断されて、図４（ｂ）示すような所定形状に成形される。せん断加工後の被加工材１は、せん断加工により形成されるその端部のせん断加工端部３３に対して、周知の方法によって伸びフランジ加工が施され、図１１に示すような伸びフランジ部３７が形成される。

ここで、このせん断加工端部３３には、伸びフランジ加工時において伸びフランジ割れ
が生じる危険性の高い部位が存在する。この伸びフランジ割れは、せん断加工後の被加工材１の形状に起因して発生するものであり、例えば、局所的に板幅が狭い部位や曲率の大きい部位から発生し易い。本発明においては、この伸びフランジ割れの生じる危険性の高い部位を、下記のような方法によって、伸びフランジ割れ危険部３１として特定する。

伸びフランジ割れ危険部３１の特定方法としては、実験又は数値計算によるものが挙げられる。この実験による伸びフランジ割れ危険部３１の特定は、必要となる成形品の形状に応じたパンチ、ダイを有する金型を準備した後、この金型を用いて実際にせん断加工、伸びフランジ加工を行ってみて、伸びフランジ割れが生じた部位を伸びフランジ割れ危険部３１として特定することによって行なわれる。この場合、例えば、伸びフランジ加工を１０回程度の複数回に亘って行ってみて、半分以上の回数は同じ部位で割れが生じたなら、その部位を伸びフランジ割れ危険部３１として特定する等して、複数回の試験時に所定回数の伸びフランジ割れが生じた部位を伸びフランジ危険部３１として特定することになる。実験による伸びフランジ割れ危険部３１の特定を行なった場合、伸びフランジ割れ危険部３１の特定を確実に行なうことができ、歩留りを向上させて成形品の品質の向上を図ることができる。

数値計算による伸びフランジ割れ危険部３１の特定は、例えば、ABAQUS、LS-DYNA等の市販のソフトウェアを用いて伸びフランジ加工の有限要素法によるシミュレーションを行い、せん断加工端部３３の歪量が大きい部位を伸びフランジ割れ危険部３１として特定することによって行われる。このせん断加工部３３の歪量が大きい部位の特定は、例えば、歪量について予め閾値を設定しておき、この閾値を越えた歪量を有する部位を歪量が大きい部位として特定することによって行われる。閾値となる歪量は、現状では試行錯誤で決めるしかなく、基礎的な実験（例えば孔広げ試験）により伸びフランジ割れが生じた歪を閾値とする場合や、教科書に載っている破壊の条件式を用いればよい。破壊の条件式を用いる場合は、例えば、（１）式で表記されるＪｅｏｎｇの延性破壊条件式を用いることが考えられ、この場合、実際に破断が生じた歪み量までの引張試験数値シミュレーションを行い、下記（１）より計算された延性破壊のパラメータＤの最大値を閾値とすることができる。

現状において、定量的に伸びフランジ割れを予測する数値計算手段は確立されていないが、今後そのような手段が提案されれば、そのような手段を用いることとしてもよい。数値計算により伸びフランジ割れ危険部３１の特定を行なった場合、実験によるものと比較して確実性に劣るが、実験のための金型を準備する必要がないため、金型準備のコスト削減を図ることができる。

伸びフランジ割れ危険部３１を特定した後は、下記にようにして被加工材１のせん断加工を行う。まず、図３に示すように、被加工材１をダイ１３上に載置させた後、しわ押さえ１５の下降により、ダイ１３としわ押さえ１５との間に被加工材１をクランプして固定する。この次に、図５（ａ）に示すように、被加工材１をダイ１３としわ押さえ１５との間に固定した状態のまま、パンチ１１を下側へ前進させて、板逆押さえ１７の凹部１８内に被加工材１の一部が変形して押し込まれるように、パンチ１１の凸部１２によって被加工材１を押圧し、被加工材１にビード４３を付与する。このビード４３の付与時において
は、せん断加工後にさきほど特定した伸びフランジ割れ危険部３１となる所定部位３９に、５０〜４００ＭＰａの範囲の引張応力が加わるようにする。この範囲の引張応力が所定部位３９に加えられるようにビード４３が形成されるまでの間、板逆押さえ１７は、パンチ１１の押圧力によって降下しない程度の付勢力をもってパンチ１１側に付勢されている。

そして、この範囲の引張応力が所定部位３９に加わるようにビード４３を付与した状態のまま、パンチ１１を更に下側へ前進させるように板逆押さえ１７の付勢力よりも大きな押圧力をパンチ１１に負荷して、パンチ１１と板逆押さえ１７とを一体的に降下させることによって、図５（ｂ）に示すように、被加工材１をパンチ１１とダイ１３とによってせん断する。これによって、本発明に係るせん断加工成形方法の各工程が終了する。実際には、この後に、本発明により成形された所定形状の被加工材１のせん断加工端部３３を伸びフランジ加工することになる。

ここで、せん断加工時に所定部位３９に５０〜４００ＭＰａの範囲の引張応力が加わるようにした理由は、本発明者らが行った実験に基づいている。本発明者ら行った実験によると、伸びフランジ割れ危険部３１の伸びフランジ性の向上に効果のある引張応力には範囲が存在することが分かった。また、この引張応力の範囲は被加工材１の強度に応じて異なっていた。なぜこのような傾向となるかは不明であるが、だいたいの素材に対して、５０〜４００ＭＰａの引張力の範囲内であれば、伸びフランジ性を向上させる効果が得られることが確認された。この伸びフランジ性を向上させる効果は、被加工材１の引張強度が９８０ＭＰａ以下の場合に特に安定して発揮させることができるので、被加工材１の引張強度は９８０ＭＰａ以下とすることが好ましい。

また、せん断加工時において、ビード４３の付与により所定部位３９に加わる引張応力は、ビード４３の高さを変えることにより変化させている。具体的には、パンチ１１及び板逆押さえ１７に設けられている凸部１２及び凹部１８の高さを増加させてビード４３の高さを増加させることにより、所定部位３９に加わる引張応力を高くすることができ、凸部１２及び凹部１８の高さを低減させてビード４３の高さを低減させることにより、所定部位３９に加わる引張応力を小さくすることができる。このビード４３の付与により所定部位３９に加わる引張応力の見積もりは、例えば、数値計算によって行われる。数値計算により引張応力の見積もりを行う場合、図３に示すように、ダイ１３としわ押さえ１５との間に被加工材１をクランプして固定した条件の下で、該当する高さのビードを付与するシミュレーションを行うことによって見積もることができる。

また、ビード４３のサイズと形状、位置であるが、ビード４３の付与により被加工材１が破断しない範囲のものであればどのようなものでもよい。本発明の実現にあたっては、意匠性やプレス装置の能力を鑑みて、所定部位３９に所望の引張応力を負荷できるビード４３の形状やサイズ、位置を見出すことになる。この場合、上述のシミュレーションによりビード４３の形状等を見出すこととしてもよい。

また、ビード４３の付与方法であるが、上述の例においては、図５に示すように、板逆押さえ１２の上面に設けられた凹部１８へパンチ１１の底面に設けられた凸部１２を前進させて被加工材１を押し込むことによりビード４３を付与する方法について説明した（前記（２）に係る発明）。このようにビード４３が付与できれば、せん断加工成形装置１０は図示の例に限定されないのは勿論である。

次に、他のビード４３の付与方法について、第２実施形態のせん断加工成形装置１０Ａの動作、構成とともに説明する。なお、以下において上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことによりその説明を省略する。

図６（ａ）は、第２実施形態のせん断加工成形装置１０Ａの構成を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）はその平面図である。

第２実施形態のせん断加工成形装置１０Ａは、第１実施形態のせん断加工成形装置１０と比較して、パンチ１１に設けられていた凸部１２がしわ押さえ１５に凸部１６として設けられ、板逆押さえ１７に設けられていた凹部１８がダイ１３に凹部１４として設けられている点において相違している。このしわ押さえ１５の凸部１６とダイ１３の凹部１４とは、パンチ１１の凸部１２と板逆押さえ１７の凹部１８とについて上記で説明した大きさ、形状、位置関係と同じ条件で設けられており、ビード４３の付与のために設けられている。

第２実施形態のせん断加工成形装置１０Ａを用いて被加工材１にビード４３を付与する場合、図７に示すように、ダイ１３の上面に設けられた凹部１４へしわ押さえ１５の底面に設けられた凸部１６を前進させて被加工材１を押し込むことにより、ビード４３を付与することになる（前記（３）に係る発明）。このようにビード４３を付与できれば、せん断加工成形装置１０Ａの構成を図示のものに限定しないのは勿論である。

なお、第２実施形態のせん断加工成形装置１０Ａを用いて被加工材１にビード４３を付与する場合、ビード４３の付与よりも前の段階において、上述したような伸びフランジ割れ危険部３１の特定を行っておく。伸びフランジ割れ危険部３１を特定した後のせん断加工は、下記のようにして行う。まず、図６に示すように、被加工材１をダイ１３上、板逆押さえ１７上に載置させた後、パンチ１１の下降により、パンチ１１と板逆押さえ１７との間に被加工材１をクランプして固定する。この固定時には、しわ押さえ１５の凸部１６とダイ１３の凹部１４とにより被加工材１にビード４３を付与する際に、被加工材１がずれ動かない程度に、板逆押さえ１７のパンチ１１側への付勢力とパンチ１１の板逆押さえ１７側への押圧力とを調整する。

次に、図７（ａ）に示すように、パンチ１１と板逆押さえ１７との間に被加工材１を固定した状態のまま、しわ押さえ１５を下側へ前進させて、ダイ１３の凹部１４内に被加工材１の一部が変形して押し込まれるように、しわ押さえ１５の凸部１６によって被加工材１を押圧し、被加工材１にビード４３を付与する。このビード４３の付与時においては、せん断加工後に伸びフランジ割れ危険部３１となる所定部位３９に、５０〜４００ＭＰａの範囲の引張応力が加わるようにする。

次に、この範囲の引張応力が所定部位３９に加わるようにビード４３を付与した状態のまま、パンチ１１を更に下側へ前進させるように板逆押さえ１７の付勢力よりも大きな押圧力をパンチ１１に負荷して、図７（ｂ）に示すように、被加工材１をパンチ１１とダイ１３とによってせん断する。

上記の第１実施形態、第２実施形態のせん断加工成形装置１０、１０Ａによって実現される２つのせん断加工成形方法は、使用する金型の制約がある場合や、製品にビード４３が形成されていてはいけないような場合等に使い分ける。このことを例示すると、二つにせん断される被加工材１のうちダイ１３上に残る被加工材１が製品となる場合で、製品である残った被加工材１にビード４３が形成されていてはいけない場合は、第１実施形態のせん断加工成形方法を用いることになる。

なお、図８に示すように、ビード４３の付与を、板逆押さえ１７の凹部１８及びパンチ１１の凸部１２と、ダイ１３の凹部１４及びしわ押さえ１５の凸部１６との両方で行うようにしてもよい。この場合、まず、ビード４３の付与を何れか一方の凹部、凸部で行い、
その一方の凹部、凸部間で被加工材１を固定した後、他方の凹部、凸部で別のビード４３の付与を行ってもよいし、両方の凹部、凸部間で同時に被加工材１にビード４３の付与を行ってもよい。何れの場合においても、５０〜４００ＭＰａの範囲の引張応力が伸びフランジ割れ危険部３１となる所定部位３９に加えられるように、両方の凹部、凸部でビード４３を形成することになり、更に、そのようなビード４３が形成されるまでの間、板逆押さえ１７は、パンチ１１の押圧力によって降下しない程度の付勢力をもってパンチ１１側に付勢されている。

図８に示すようにしてビード４３を付与した場合、被加工材１の固定力が増すので、同じビード４３の大きさでより大きな引張応力を得ることが可能である。延性が低い素材を使い、所望の引張応力を得るためのビードを付与する際に被加工材１に割れが生じるような場合や、製品の意匠上ビード高さを低くしたい場合に本方法は有効である。

また、図３や図６に示すように、所定部位３９におけるせん断加工方向Ａと直交する方向Ｂの一方のみを固定した状態でビード４３を付与すると、その所定部位３９に所望の引張応力を加えるまでの間に被加工材１がずれ動き、その所望の引張応力を得るためにビード高さを余分に高くする必要が生じる場合がある。このため、本発明においては、図９に示すように、せん断加工後に伸びフランジ割れ危険部３１となる所定部位３９におけるせん断加工方向Ａと直交する方向Ｂ（図６の紙面左右方向）における被加工材１の両端を固定しながらビード４３を付与し、そのまま被加工材１をせん断することが好ましい（前記（４）に係る発明）。これにより、被加工材１の固定力が増してビード付与時における被加工材１のずれ動きを防ぐことができ、ビード高さが小さくとも所望の引張応力を伸びフランジ割れ危険部３１となる所定部位３９に加えることができる。このため、図８に示すように、本発明（２）と（３）を組み合わせた場合と同様に、素材の延性が乏しい場合や製品の意匠上、ビード高さを低くしたい場合に有効である。

被加工材１の両端を固定する固定機構は、図９に示すように、油圧、ネジ式等のクランパ２３のほか、後述の図１４に示すような、ロケーションピン２１によって実現される。クランパ２３を用いる場合、被加工材１をその両面側から把持することによって、被加工材１を固定することになる。ロケーションピン２１を用いる場合、図１４に示すように、予め被加工材１、パンチ１１、ダイ１３等に形成されたピン孔２２内にロケーションピン２１を嵌め込むことによって、被加工材１を固定することになる。

固定機構を用いる場合においても、被加工材１のクランプによる固定のために、しわ押さえ１５及び板逆押さえ１７を用いることが望ましい。しかし、ビード付与を行うための凹部、凸部が底面、上面に設けられていないしわ押さえ１５及び板逆押さえ１７についてはこれを用いないこととして、金型の構成を簡略化することとしても構わない。

本発明の効果を実証するために以下に説明するような実施例１の試験を行った。実施例１では、まず、１００ｍｍ×２５０ｍｍの鋼板から、図７に示す形状の試験片３５を比較例としてのせん断加工成形方法により作成して、得られた試験片３５のせん断加工端部３３図８に示すような形状に伸びフランジ加工することとした。

被加工材１は、板厚が１．６ｍｍ厚で、最大引張強度が５９０(MPa)である鋼板を使用した。比較例としてのせん断加工成形方法において用いたせん断加工成形装置は、図１２に示すせん断加工成形装置１０Ｂから、凸部１２及び凹部１８が設けられていないものを用いた。せん断加工時のクリアランスは、板厚の１０％（0.16ｍｍ）とした。伸びフランジ加工後においては、十枚の試験片３５の中で八枚の試験片３５が、図１０に示す範囲Ｓ１で囲む部位で伸びフランジ割れが生じていることが確認された。

次に、比較例としてのせん断加工成形方法の後に行った伸びフランジ加工の結果を受けて、伸びフランジ割れが生じ易い部位である範囲Ｓ１で囲む部位を伸びフランジ割れ危険部３１として特定したうえで、図１０に示す形状の試験片３５を本発明例１としてのせん断加工成形方法により作成した。本発明例１としてのせん断加工成形方法では、図１２に示すようなせん断加工成形装置１０Ｂを用いた。本発明例１としてのせん断加工成形方法では、せん断加工後にこの伸びフランジ危険部３１となる所定部位３９に所定の引張応力が加わるようにパンチ１１の凸部１２、板逆押さえ１７の凹部１８によりビード４３を付与し、そのままパンチ１１及びダイ１３により被加工材１をせん断することとした。せん断加工時にこの所定部位３９に加わる引張応力を数値計算により見積もったところ、１２０ＭＰａであった。

本発明例１としてのせん断加工成形方法の後に得られた試験片３５に対して上述の伸びフランジ加工を行ったところ、割れが生じた試験片３５は、十枚の試験片３５の中で三枚であった。何れの伸びフランジ割れも、図１０に示す範囲Ｓ１内の部位で生じた。本発明例１と比較例との比較により、本発明例１の場合に伸びフランジ割れの生じる試験片３５が減少することが確認でき、本発明の適用により伸びフランジ性が向上することが確認された。

本発明の効果を実証するために以下に説明するような実施例２の試験を行った。実施例２の試験では、本発明例としてのせん断加工成形方法で用いるせん断加工成形装置のみ実施例１と異なっており、比較例としてのせん断加工成形方法や伸びフランジ危険部３１の特定は、実施例１の試験と同様の条件で行った。

本発明例２としてのせん断加工成形方法では、図１３に示すようなせん断加工成形装置１０Ｃを用いた。本発明例２としてのせん断加工成形方法では、せん断加工後にこの伸びフランジ割れ危険部３１となる所定部位３９に所定の引張応力が加わるようにしわ押さえ１５の凸部１６、ダイ１３の凹部１４によりビード４３を付与し、そのままパンチ１１及びダイ１３により被加工材１をせん断することとした。せん断加工時にこの所定部位３９に加わる引張応力を数値計算により見積もったところ、１００ＭＰａであった。

本発明例２としてのせん断加工成形方法の後に得られた試験片３５に対して上述の伸びフランジ加工を行ったところ割れが生じた試験片３５は、十枚の試験片３５の中で三枚であった。何れの伸びフランジ割れも、図１０に示す範囲Ｓ１で囲む範囲内で生じた。本発明例２と比較例との比較により、本発明例２の場合に伸びフランジ割れの生じる試験片３５が減少することが確認でき、本発明の適用により伸びフランジ性が向上することが確認された。

本発明の効果を実証するために以下に説明するような実施例３の試験を行った。実施例３の試験では、本発明例としてのせん断加工成形方法で用いるせん断加工成形装置と、せん断加工成形時における被加工材１の固定方法のみ実施例１と異なっており、比較例としてのせん断加工成形方法や伸びフランジ危険部３１の特定は、実施例１と同様の条件で行った。

本発明例３としてのせん断加工成形方法では、図１４に示すようなせん断加工成形装置１０Ｄを用いた。パンチ１１、ダイ１３、しわ押さえ１５、板逆押さえ１７には、ピン孔２２が設けられ、更に、被加工材１も、これらのピン孔２２に応じたその四隅にピン孔２２を設けることとして、ダイ１３及び板逆押さえ１７上に載置される被加工材１は、これ
らピン孔２２に嵌め込まれるロケーションピン２１によって固定することとした。

本発明例３としてのせん断加工成形方法では、せん断加工後に伸びフランジ危険部３１となる所定部位３９に所定の引張応力が加わるようにパンチ１１の凸部１２、板逆押さえ１７の凹部１８によりビード４３を付与し、そのままパンチ１１及びダイ１３により被加工材１をせん断することとした。せん断加工時にこの所定部位３９に加わる引張応力を数値計算により見積もったところ、２００ＭＰａであった。

本発明例３としてのせん断加工成形方法の後に得られた試験片３５に対して上述の伸びフランジ加工を行ったところ、割れが生じた試験片３５は、十枚の試験片３５の中で零枚であった。本発明例３と比較例との比較や、本発明例３と本発明例１との比較により、固定機構を設けることによる伸びフランジ性の向上への効果が高いことが確認された。

１： 被加工材
２： パンチ
３： ダイ
４： だれ
５： 剪断面
６： 破断面
７： ばり
８： せん断加工面
１０： せん断加工成形装置
１１： パンチ
１２： （ビード形成用の）凸部
１３： ダイ
１４： （ビード形成用の）凹部
１５： しわ押さえ
１６： （ビード形成用の）凸部
１７： 板逆押さえ
１８： （ビード形成用の）凹部
２１： ロケーションピン
２２： ピン孔
２３： クランパ
３１： 伸びフランジ割れ危険部
３３： せん断加工端部
３５： 試験片
３７： 伸びフランジ部
４１： 切断線
４３： ビード

Claims (4)

1. 伸びフランジ加工される所定形状の金属板をパンチ及びダイを用いたせん断加工により成形するせん断加工成形方法において、せん断加工後の前記金属板のせん断加工端部への伸びフランジ加工時に割れの危険性がある前記せん断加工端部の所定位置を伸びフランジ割れ危険部として実験又は数値計算によって特定した後、前記パンチに対向する板逆押さえと該パンチとにより、又は前記ダイに対向するしわ押さえと該ダイとにより、せん断加工後に前記せん断加工端部を伸びフランジ加工するために凹状の湾曲形状に形成されるように、かつ、前記伸びフランジ割れ危険部となる部位に５０〜４００ＭＰaで引張応力が加わるように、引張強度５９０ＭＰａ以上９８０ＭＰａ以下の前記金属板へ略円錐台形状、略円柱状、又は略角柱状のビードを付与し、そのまま該金属板をせん断することを特徴とするせん断加工成形方法。
2. 前記ビードを、前記板逆押さえの上面に設けられた凹部へ前記パンチの底面に設けられた凸部を前進させて前記金属板を押し込むことにより付与することを特徴とする請求項１記載のせん断加工成形方法。
3. 前記ビードを、前記ダイの上面に設けられた凹部へ前記しわ押さえの底面に設けられた凸部を前進させて前記金属板を押し込むことにより付与することを特徴とする請求項１又は２記載のせん断加工成形方法。
4. せん断加工後に前記伸びフランジ割れ危険部となる部位におけるせん断加工方向と直交する方向の前記金属板の両端を固定しながら前記ビードを付与し、そのまま該金属板をせん断加工することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のせん断加工成形方法。

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