JP7149085B2 - 穴抜き加工方法及び金型 - Google Patents

Description

本発明は、板状のワークの複数箇所に穴抜き加工を行う穴抜き加工方法及びその方法に使用する金型に関する。さらに詳細には、穴抜き加工によるワークの反りを抑制することができる穴抜き加工方法及び金型に関する。

従来、板状のワークに、複数行、複数列の複数箇所に穴抜き加工を行う場合、パンチプレスによる打抜き加工や、レーザ加工による切断加工が行われている。また、レーザ・パンチ複合加工機を使用して、レーザ切断加工によって穴抜き加工を行った後に、落下しない切断片を、分離用金型を用いて切断片を落下することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、レーザ加工によって小穴加工を行った後に、この小穴の内周面を、シェービング金型によってシェービング加工を行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらには、切断片の周囲にスリットを形成すると共に、切断片の一部とワークとをジョイント部によって接続した状態に加工する。そして、パンチによって切断片を落下するとき、前記ジョイント部を切断することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平５－３１８１５６号公報 特開平９－２１６０２１号公報 特開２００４－９８０９７号公報

板状のワークの複数箇所に、パンチング加工などの打抜き加工を行うと、ワークの内部応力に起因して反りが発生することが知られている。そこで、反りの発生を抑制するために、パンチング金型に備えた板押さえの押圧力を大きくすることや、ダイの上面及び板押さえの下面を、反り発生方向と逆方向のテーパ面に形成することなどが提案されている。

ところで、パンチング加工時の穴の配置形態と同一の配置形態でもって、パンチング加工時の穴径と同径の穴をレーザ加工によって加工すると、ワークの反りの発生が抑制されることが考えられる。しかし、レーザ加工を行うと、切断溝幅が非常に狭くなるので、ワークの板厚が、厚くなるほど穴からの切断片の落下が安定して行われないことがある。すなわち、穴内において切断片が傾斜して引っ掛かることがある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、板状のワークの穴抜き加工方法であって、
１）レーザ加工と、パンチ及びダイによるプレス加工とを併用して板状ワークに穴抜きを行う板状ワークの穴加工方法であって、
（ａ）ワークに対するレーザ加工による穴の輪郭加工を行い、切断分離される切断片と前記ワークとを１箇所以上のミクロジョイントによって接続する工程、
（ｂ）前記穴から前記切断片を突き出す際に、前記切断片を、前記パンチの突き出し上型と前記ダイの突き出し下型との間に位置決めし、前記突き出し上型の下部に備えられた前記ワークを押さえる板押さえを貫通して上下動自在とされ前記穴の形状に対応した形状のピンによって前記切断片の中心位置に突き出す方向の外力を付与する工程、
を備えている。

また、レーザ加工と、パンチ及びダイによるプレス加工とを併用して、板状のワークに対し、隣接する複数の穴の穴抜き加工を行う穴抜き加工方法であって、
（ａ）ワークに対するレーザ加工による前記複数の穴それぞれの輪郭加工時に、切断分離される切断片と前記ワークとを１箇所以上のミクロジョイントによって接続する工程、
（ｂ）前記複数の穴それぞれから切断片を突き出す際に、突き出す前記切断片を前記パンチの突き出し上型と前記ダイの突き出し下型との間に位置決めし、前記突き出し上型の下部に備えられた前記ワークを押さえる板押さえを貫通して上下動自在とされ、突き出す前記切断片の前記穴の形状に対応した形状のピンによって前記突き出す切断片の中心位置に突き出す方向の外力を付与する工程、
を備えている。

本発明によれば、板状のワークに穴抜き加工を行う場合、レーザ加工によって穴の輪郭の加工を行う際に、ワークと切断分離される切断片とをミクロジョイントによって接続する。そして、穴から切断片を突き出す際には、突き出す方向に外力を付与するものである。

したがって、ワークの複数箇所に隣接して穴抜き加工を行う場合、ワークの反りを抑制することができると共に、穴からの切断片の突き出しを容易に、安定的に行い得るものである。

本発明の実施形態に係るレーザ・パンチ複合加工機の概略的な構成を示す説明図である。 板状のワークに対する複数行、複数列の抜き穴の配置例の説明図である。 本発明の実施形態による抜き穴の加工方法を示す説明図である。 第１の実施形態に係る金型の断面説明図である。 第２の実施形態に係る金型の断面説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、本発明は、レーザ・パンチ複合加工機を使用して行われるものである。したがって、理解を容易にするために、先ず、レーザ・パンチ複合加工機の全体的構成について簡単に説明する。

図１に概念的、概略的に示すように、レーザ・パンチ複合加工機１は、上部フレーム３Ｕ及び下部フレーム３Ｌを有するフレーム本体３を備えている。前記上部フレーム３Ｕの下面には上部タレット５Ｕが回転自在に備えられている。そして、下部フレーム３Ｌ上には、上部タレット５Ｕと上下に対向した下部タレット５Ｌが回転自在に備えられている。前記上部タレット５Ｕには複数のパンチＰが上下動自在に備えられている。そして、下部タレット５ＬにはパンチＰと協働して打抜き加工などのプレス加工を行う複数のダイＤが備えられている。

前記下部フレーム３Ｌ上には、例えば、前記パンチＰ、ダイＤによるプレス加工位置に対して板状のワークＷの位置決めを行うワーク移動位置決め装置７が備えられている。既知のように、ワーク移動位置決め装置７は、板状のワークＷをＸ、Ｙ軸方向へ移動位置決めする機能を有するものであって、ワークＷの一端縁をクランプ自在なワーククランプ７Ｃを備えている。したがって、プレス加工位置へ位置決めされたパンチＰ、ダイＤに対してワークＷのプレス加工を行うべき位置を位置決めすることができる。

前記レーザ・パンチ複合加工機１は、プレス加工位置へ位置決めされたパンチＰを打圧自在なストライカ９が上部フレーム３Ｕに上下動自在に備えられている。したがって、ワークＷの加工位置を、プレス加工位置のパンチＰとダイＤとの間に位置決めした後、ストライカ９によってパンチＰを打圧することにより、ワークＷにプレス加工が行われる。

また、前記上部フレーム３Ｕには、ワークＷのレーザ切断加工を行うレーザ加工ヘッド１１がＹ軸方向へ移動自在に備えられている。したがって、レーザ加工ヘッド１１のＹ軸方向への移動を制御し、かつワークＷのＸ軸方向への移動を制御してワークＷのレーザ切断加工を行うことにより、ワークＷに種々の形状の穴をレーザ切断加工することができる。

ところで、ワークＷとしての例えば板厚が６ｍｍのアルミニウム板又はアルミニウム合金板に、図２に示すように、複数の穴１３を、各穴１３の直径よりも小さな寸法で近接し、パンチＰ、ダイＤによって複数行、複数列に穴１３の打抜き加工を行うと、内部応力に起因して、ワークＷの端部には、例えば６ｍｍ～７ｍｍの大きな反りを生じることがある。そこで、パンチＰに備えられたストリッパースプリング（図示省略）のばね定数を大きくして、ワークＷに対する押圧力（板押さえ力）を大きくすると、ワークＷの反りを抑制することができ、望ましいものである。しかし、反りの抑制は僅かであり、反りを無くすることは難しいものである。

ワークＷに対する穴加工は、パンチＰ、ダイＤによることなくレーザ加工を行うことも可能である。そこで、レーザ加工ヘッド１１を用いて、図２に示した形態と同一形態のレーザ切断加工を行って、穴１３の抜き加工を行ったところ、ワークＷに反りの発生はなかった。しかし、ワークＷが６ｍｍの厚板であるので、ファイバーレーザ加工によって穴１３の加工を行った際の切断片は、引っ掛かりを生じて穴１３から離脱しない場合がある。すなわち、安定した穴加工は難しいものである。

したがって、ワークＷに複数行、複数列の穴１３の抜き加工を行うべく、ワーク移動位置決め装置７によってワークＷの移動を行うとき、ワークＷの移動時に引っ掛かって穴１３から離脱しなかった切断片が落下することがある。すなわち、切断片の落下位置が安定せず、ワークＷと切断片との擦れによって、ワークＷに擦り傷を生じることがある。

そこで、本実施形態においては、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ワークＷに適宜形状の穴１３Ａの打抜き加工を行う場合、先ずレーザ加工によって穴１３Ａの輪郭の切断加工を行う。この際、穴１３Ａの内側に生じる切断片１３ＢとワークＷは、１箇所以上のミクロジョイントＪによって接続する。

上述のように、穴１３Ａのレーザ切断加工によって生じる切断片１３Ｂは、ミクロジョイントＪを介してワークＷと接続した状態にある。したがって、ワーク移動位置決め装置７によってワークＷを移動する際に、ワークＷから切断片１３Ｂが落下することを防止できる。よって、ワークＷに対して複数行、複数列の穴１３Ａのレーザ切断加工を行うとき、穴１３Ａのレーザ切断加工を能率よく行うことができ、またワークＷの反りも発生しない。

ワークＷに対して穴１３Ａを複数行、複数列にレーザ切断加工を行った後、次に、各穴１３Ａ内の切断片１３Ｂを、各穴１３Ａから突き出す必要がある。したがって、前記上部タレット５Ｕには、切断片１３Ｂを下方向に突き出すための突き出し上型１５が備えられている（図４参照）。そして、下部タレット５Ｌには、前記突き出し上型１５と協働する突き出し下型１７が備えられている（図４参照）。

突き出し上型１５は、図４に示すように、上部タレット５Ｕに上下動自在に支持される筒状のパンチガイド１９を備えている。このパンチガイド１９の上部にはスプリング座２１が備えられている。そして、大径の下端部を前記パンチガイド１９に上下動自在に嵌合したパンチドライバ２３の小径部が前記スプリング座２１を上下動自在に貫通してある。このパンチドライバ２３の上端部に固定したパンチヘッド２５と前記スプリング座２１との間にはストリッパスプリング２７が弾装してある。

前記パンチドライバ２３の下部には、パンチガイド１９内に上下動自在に嵌入したパンチボディ２９が一体的に取付けてある。そして、パンチボディ２９の下部には、軸心と一致して適宜断面形状、太さのピン３１が下方向へ突出して備えられている。このピン３１は、パンチガイド１９の下部に備えた板押さえ３３を上下動自在に貫通してある。なお、板押え３３はパンチガイド１９に着脱交換自在に取り付けてある。そして、ピン３１の下端面は、（外力の働かない状態で）前記板押さえ３３の下面と同一平面に、又は板押さえ３３の下面から僅かに高い位置に備えられている。

なお、ピン３１は、穴１３Ａの形状に対応した形状であって、穴１３Ａの形状寸法よりも僅かに小さな寸法であることが望ましい。しかし、ピン３１は、穴１３Ａから切断片１３Ｂを突き出す機能を奏すればよいものであり、形状、寸法は、任意の形状、寸法とすることも可能である。

前記突き出し下型１７は、ダイ本体１７Ａを備えている。このダイ本体１７Ａは、前記下部タレット５Ｌにおけるダイ装着孔５Ｈに着脱可能に嵌合してある。このダイ本体１７Ａには、前記穴１３Ａから突き出される切断片１３Ｂの外形形状よりも大きな形状の穴１７Ｂが形成してある。

上記構成において、ワーク移動位置決め装置７によってワークＷをＸ，Ｙ方向に移動位置決めする。そして、レーザ加工ヘッド１１によってワークＷに穴１３Ａのレーザ切断加工を行うことにより、穴１３Ａから突き出される切断片１３ＢとワークＷとをミクロジョイントＪによって接続した状態に切断加工することができる。すなわち、ワークＷに反りを生じることなく、ワークＷに対して複数の穴１３Ａを、各穴１３Ａの直径よりも小さな寸法で近接し、複数行、複数列に配置して加工することができる。

前述のごとく、各穴１３Ａの直径よりも小さな寸法で隣接した状態にワークＷに穴１３Ａを複数行、複数列にレーザ切断加工を行った後、上下のタレット５Ｕ，５Ｌに備えた突き出し上型１５、突き出し下型１７を、ストライカ９の下方位置のプレス加工位置に割出し位置決めする。そして、ワーク移動位置決め装置１７によって各穴１３Ａを、突き出し上型１５と突き出し下型１７との間に位置決めする。そして、位置決めする毎に、ストライカ９によって上型１５のパンチヘッド２５を打圧することにより、ピン３１が切断片１３の中心位置を下方向へ押圧する。したがって、各穴１３Ａから切断片１３Ｂの突き出しが行われる。

この際、切断片１３Ｂは、レーザ加工によって予め穴１３Ａ内に切断された状態にあって、ミクロジョイントＪによってワークＷと接続してあるにすぎないものである。したがって、切断片１３Ｂを穴１３Ａから突き出すとき、ワークＷに内部応力を付与することがなく、ワークＷに反りを生じるようなことがないものである。よって、ワークＷに複数行、複数列に穴抜き加工を行う場合であっても、ワークＷに反りを生じることがなく、前述したごとき問題を解消し得るものである。

図５は、突き出し上型１５の第２の実施形態を示すもので、前述した構成要素と同一機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして、重複した説明は省略する。

この実施形態においては、パンチボディ２９の下部に形成した複数の穴２９Ｈにそれぞれピン３５を上下動自在に嵌入してある。そして、各ピン３５と穴２９Ｈの底部との間に弾装したスプリングなどのごとき弾性部材３７によって、各ピン３５は穴２９Ｈから抜け出る方向に付勢されている。しかし、パンチボディ２９の下面に備えたストッパ３９によって、抜け出しを規制されている。前記各ピン３５の下端面は、板押さえ３３の下面に一致してある。すなわち、各ピン３５は同一長さに備えられている。

この第２の実施形態においては、パンチヘッド２５を、ストライカ９によって打圧し下降すると、各ピン３５は、ワークＷの上面に同時に当接する。したがって、ワークＷの穴１３Ａの切断片１３Ｂに対して複数のピン３５が同時に作用し、切断片１３Ｂを、傾斜することなく突き出すことになる。ここで、ワークＷに対して穴１３Ａの外側において当接したピン３５は、弾性部材３７の付勢力に抗して穴２９Ｈ内に挿入される。

換言すれば、穴１３Ａ内の切断片１３Ｂに対応したピン３５のみが切断片１３Ｂを突き出す作用をなす。そして、穴１３Ａの外側に対応したピン３５は穴２９Ｈ内に挿入される。したがって、第２の実施形態に係る突き出し上型１５においては、穴１３Ａが丸穴や四角形の穴など、種々の形状の穴１３Ａに対応して切断片１３Ｂの突き出しを行うことができるものである。すなわち、切断片１３Ｂは、切断片１３Ｂの中心位置を囲繞した複数のピン３５によって傾斜することなく突き出される。

以上のごとき説明より理解されるように、本実施形態によれば、板状のワークＷに反りを生じることのないように、ワークＷに対して複数行、複数列に隣接した形態に複数の穴１３の打ち抜き加工を行う際、先ず、ミクロジョイントＪによってワークＷに切断片１３Ｂを接続した状態にレーザ加工を行う。その後、突き出し上型１５、突き出し下型１７を使用して、穴１３Ａから切断片１３Ｂの突き出しを行うものである。

したがって、打抜き加工時の内部応力に起因するワークＷの反りを抑制することができる。そして、レーザ加工時にはワークＷに加工した穴１３Ａからの切断片１３Ｂの落下が抑制される。したがって、ワークＷに対して、複数行、複数列に複数の穴１３Ａのレーザ加工を能率よく行うことができる。穴１３Ａのレーザ加工後に、ワークＷに加工した各穴１３Ａをプレス加工位置に位置決めして、上下の金型１５，１７によって切断片１３Ｂの突き出しを行うものである。よって、切断片１３Ｂの突き出しを能率よく行うことができる。

既に理解されるように、ワークＷに対して複数列、複数行に隣接して複数の穴１３の加工を行う場合、打抜き加工における内部応力に起因してワークＷが反ることを抑制して、ワークＷに対して複数行、複数列の穴１３の加工を行うことができる。

１ レーザ・パンチ複合加工機
５Ｕ 上部タレット
５Ｌ 下部タレット
７ ワーク移動位置決め装置
７Ｃ ワーククランプ
１１ レーザ加工ヘッド
１３ 穴
１３Ａ 穴
１３Ｂ 切断片
１５ 突き出し上型
１７ 突き出し下型
２９ パンチボディ
２９Ｈ 穴
３１ ピン
３３ 板押さえ
３５ ピン
３７ 弾性部材
３９ ストッパ

Claims (6)

1. レーザ加工と、パンチ及びダイによるプレス加工とを併用して板状ワークに穴抜きを行う板状ワークの穴加工方法であって、
   （ａ）ワークに対するレーザ加工による穴の輪郭加工を行い、切断分離される切断片と前記ワークとを１箇所以上のミクロジョイントによって接続する工程、
   （ｂ）前記穴から前記切断片を突き出す際に、前記切断片を、前記パンチの突き出し上型と前記ダイの突き出し下型との間に位置決めし、前記突き出し上型の下部に備えられた前記ワークを押さえる板押さえを貫通して上下動自在とされ前記穴の形状に対応した形状のピンによって前記切断片の中心位置に突き出す方向の外力を付与する工程、
   を備えていることを特徴とする穴抜き加工方法。
2. レーザ加工と、パンチ及びダイによるプレス加工とを併用して、板状のワークに対し、隣接する複数の穴の穴抜き加工を行う穴抜き加工方法であって、
   （ａ）ワークに対するレーザ加工による前記複数の穴それぞれの輪郭加工時に、切断分離される切断片と前記ワークとを１箇所以上のミクロジョイントによって接続する工程、
   （ｂ）前記複数の穴それぞれから切断片を突き出す際に、突き出す前記切断片を前記パンチの突き出し上型と前記ダイの突き出し下型との間に位置決めし、前記突き出し上型の下部に備えられた前記ワークを押さえる板押さえを貫通して上下動自在とされ、突き出す前記切断片の前記穴の形状に対応した形状のピンによって前記突き出す切断片の中心位置に突き出す方向の外力を付与する工程、
   を備えていることを特徴とする穴抜き加工方法。
3. 請求項２に記載の穴抜き加工方法であって、各前記穴は、各前記穴の直径より小寸法で隣接してあることを特徴とする穴抜き加工方法。
4. 請求項１，２又は３に記載の穴抜き加工方法において、前記穴に対して前記切断片を傾斜することなく突き出すことを特徴とする穴抜き加工方法。
5. 前記板押さえは、前記穴の周りを押さえることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の穴抜き加工方法。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の穴抜き加工方法に使用する金型であって、
   レーザ加工により輪郭加工を行ったワークの穴から突き出される切断片の外形よりも大きな形状の穴を備えた下型と、
   前記切断片の中心位置又は中心位置を内側に含む複数箇所に突き出す方向の外力を付与する上下動自在なピンを備えた上型と、
   前記上型の下部に備えられて前記ワークの穴の周りを押さえ、前記ピンが貫通する板押さえと、
   を備えていることを特徴とする金型。

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