1.本发明涉及一种金属加工装置及金属加工方法。
背景技术：2.作为以往的金属加工装置，已知有通过利用冲头和冲模的剪切冲裁法在金属板材上形成孔的装置(例如，参照专利文献1等)。在这样的装置中，使冲头的角为曲面并在前端设置有圆锥状凹面。由此，避免在孔的剪切切口面产生龟裂、断裂。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2002－120025号
技术实现要素：6.发明要解决的课题
7.以往的金属加工工具会在冲裁出的孔的周缘产生在径向上形成圆角的塌边。另外，在使多个孔邻接地开孔的情况下，孔间的金属材料沉入而产生材料缩回(日文：材料引込)。
8.因此，为了减少塌边和材料缩回，要求进一步的改善。
9.本发明的目的在于提供一种能够减少塌边和材料缩回的金属加工装置及金属加工方法。
10.用于解决课题的手段
11.本发明具备：通过锻造使被加工物的开口预定部位加工硬化的锻造工具；以及在开口预定部位冲裁形成开口部的冲裁工具。冲裁工具具有与开口部相同直径的插入部以及与插入部连续设置并随着趋向冲裁工具的基端侧而比插入部扩径的肩部，在冲裁形成开口部时，将冲裁工具插入至肩部从内侧面与残存于开口部的内周缘的加工硬化部位抵接的位置为止。
12.发明的效果
13.根据本发明，提供一种能够减少塌边和材料缩回的金属加工装置及金属加工方法。
附图说明
14.图1是说明在本发明的实施方式的金属加工装置及金属加工方法中使用锻造工具的锻造工序的主要部分的示意性的剖视图。
15.图2是说明在实施方式中使用冲裁工具的冲裁工序的主要部分的示意性的剖视图。
16.图3是说明在实施方式中使用敲击工具的敲击工序的主要部分的示意性的剖视图。
17.图4是表示在实施方式中平坦地加工出开口部的情形的金属板的主要部分的示意性的剖视图。
18.图5是在实施方式中邻接配置多个开口部的金属板的俯视图。
19.图6是在实施方式中沿着图5中vi－vi线的位置处的金属板的剖视图。
20.图7是表示比较例且与图6相当的位置处的金属板的剖视图。
21.图8是表示冲裁工具的一例的主要部分的侧视图。
22.图9a是表示实施方式的锻造工具的变形例且表示使用平坦的端面的锻造工具通过锻造使金属板加工硬化的情形的主要部分的示意性的剖视图。
23.图9b是表示使用前端为尖端变细的圆锥形状且在周围不存在平坦部的锻造工具的情形的示意性的剖视图。
24.图9c是表示使用在平坦的端面的外周缘形成有倒角而成的倾斜面的锻造工具的情形的示意性的剖视图。
具体实施方式
25.以下，适当参照附图对本发明的一实施方式进行说明。对相同的构成要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。
26.金属加工装置1通过未图示的夹紧夹具将作为被加工物的板材2固定。在该状态下，依次进行如下工序：通过对开口预定部位5进行敲击并锻造而使其加工硬化的锻造工序；在板材2的被锻造的开口预定部位5冲裁形成开口部3的冲裁工序；以及通过敲击工具对在冲裁出的开口部3的周围产生的微细突出6进行敲击而使其平整的敲击工序。
27.本实施方式的金属加工装置1经过各工序，在如图5所示的薄板状的板材2的面外方向贯通形成多个开口部3。由此，板材2成为3
×
4个、合计12个开口部3横竖分别等间隔且形成为方格状的板状产品4(参照图5)。在本实施方式中，对于开口部3的孔径、板厚以及间距的关系，设定为孔径比板厚小，间距为孔径的三倍以下。
28.此外，为了便于说明，在本实施方式中，主要例示了在板材2上形成一个开口部3的情况。省略与其同样地形成的其他开口部3的说明。
29.首先，对用于锻造工序的锻造工具10的结构进行说明。
30.在金属加工装置1设置有将板材2水平地载置并固定的未图示的夹紧夹具以及滑动移动体。滑动移动体在安装有锻造工具10的状态下沿着滑动方向(图1中上下方向)使锻造工具10移动。
31.锻造工具10在下端部设置有推压部11和位于推压部11的周缘的平坦部12。
32.本实施方式的推压部11以呈尖端变细的圆锥形状且在径向中央的中心轴s上位于最下方的方式突出设置有前端11a。
33.推压部11通过向滑动移动体的安装，使前端11a与由夹紧夹具水平固定的板材2中的在作为板状产品4完成的状态下成为开口部3的开口预定部位5相向。
34.然后，当使滑动移动体向滑动方向下方移动时，锻造工具10的推压部11使圆锥形的前端11a与板材2的上表面的一部分2a抵接，从上方推压开口预定部位5。
35.形成为尖端变细的圆锥形状的推压部11将开口预定部位5的金属材料从径向中央朝向外径方向推开。被推开的部分2b与板材2的其他部分相比密度增大而加工硬化(母材硬
化)。
36.在开口预定部位5的周缘，加工硬化的部分的径向尺寸c2比推压部11的径向尺寸c1大(c1＜c2)。
37.另外，在本实施方式的推压部11的周围设置有环状的平坦部12。平坦部12与安装于夹紧夹具的板材2平行地设置。而且，在板材2由推压部11进行锻造时，平坦部12从上方抵接于开口预定部位5的周缘。
38.平坦部12与开口预定部位5的周缘抵接，朝向下方支承的夹紧夹具，从面外方向上方向下方推压板材2。由此，开口预定部位5的周缘的金属材料被阻碍向面外方向上方的移动，促进加工硬化。
39.如图2所示，本实施方式的金属加工装置1具备用于冲裁工序的冲裁工具20。冲裁工具20在板材2中的开口预定部位5冲裁形成开口部3。
40.冲裁工具20一体地具有：圆柱形状的插入部22，其位于前端(下端)侧，具有与锻造工具10的推压部11的径向尺寸c1大致同等的直径；基端(上端)侧的基端部24，其直径比插入部22大，安装于滑动移动体而与沿上下方向的滑动移动一起移动；以及肩部26，其在插入部22与基端部24之间与插入部22的滑动方向(上下方向)的上方连续设置。
41.其中，肩部26的倾斜角度α2比图1所示的推压部11的倾斜角度α1小(α1＞α2)。在本实施方式中，设为α1＝约45度，α2＝约10度。
42.如图8所示，在本实施方式的肩部26形成有弯曲面28。弯曲面28形成为随着从插入部22趋向基端部24而向外方扩径。
43.弯曲面28的扩径率(增加的半径方向的尺寸r/滑动方向的尺寸h)设定为随着从插入部22趋向基端部24而逐渐增大。
44.例如，若使弯曲面28上的各部分的滑动方向上的尺寸均等(h1＝h2＝h3)，则各部分的半径方向上的增加量逐渐增加(r1＜r2＜r3)。
45.由此，弯曲面28的扩径率在与插入部22连结的连结部侧成为最小，与插入部22的侧面齐平。另外，弯曲面28的扩径率在与基端部24侧连结的连结部侧成为最大。
46.如图2所示，冲裁工具20使插入部22抵接于开口预定部位5的加工硬化的部位而冲裁形成开口部3。此时，开口部3优选收纳于开口预定部位5的加工硬化的范围内。
47.冲裁工具20的插入部22通过向滑动方向的插入，在周围保留密度增大而加工硬化的金属材料地向下表面侧对板材2进行冲裁。
48.冲裁工具20的肩部26在与开口部3的开口部的内侧面16抵接时，将周缘的金属材料向扩径方向扩张并且将要向开口部3的上方挤出。
49.由此，被冲裁工具20拖拽而将要向滑动方向下方移动的周缘的金属材料停留在原地，抑制在开口部3的周缘产生塌边和材料缩回。
50.另外，如图3所示，本实施方式的金属加工装置1具备用于敲击工序的敲击工具30。敲击工具30与滑动移动体一起在上下方向上滑动移动并从上方敲击在开口部3的周围产生的微细突出6而使其平坦。
51.例如，在通过冲裁工具20冲裁开口部3时，根据肩部26的插入量，有时会如图2所示在开口部3的周缘产生向上方突出的微细突出6。
52.敲击工具30在下表面侧与板材2相向的部分具有平坦的敲击面32。
53.敲击面32与固定于夹紧夹具的板材2的上表面2c平行地设置，能够通过滑动移动体向下方的滑动移动而均等地敲击在开口部3的周围产生的微细突出6来使其平整。
54.冲裁工具20从开口部3抽出。在开口部3的周围产生的微细突出6由敲击工具30从上方敲击而被压扁至与上表面2c相同的高度并变得平坦(参照图4)。
55.在本实施方式中，如图5所示，3
×
4个、合计12个开口部3横竖分别等间隔且呈方格状地形成于板状产品4。
56.在冲裁工序中，如图6所示，控制各滑动移动体的滑动方向的移动量来调整冲裁工具20向开口部3的插入量。因此，优选为能够对肩部26的插入尺寸进行微调的设备。另外，金属加工装置的滑动方向的位置精度优选为
±
1/100～1/1000mm。由此，能够调整与开口部3的周缘的内侧面16抵接的肩部26的推压力来抑制微细突出6的产生。
57.与此相对，图7表示使用插入部平直且不存在肩部26的通常的冲裁工具对未加工硬化的金属板材进行了加工的比较例。在该比较例中，在各开口部3a～3c的周缘产生塌边。这样的塌边的大小(以下，也记为塌边量d1、d2
…
)在形成多个开口部3的部分进一步变大(例如d1＜d2)。在此，塌边量d1产生约0.1mm左右，d2产生约0.15mm左右。
58.特别是在开口部3a～3c排列配置成直线状的情况下，在各开口部3a～3c的周缘形成的塌边量d1、d2
…
朝向中间位置叠加。因此，在中央的开口部3b附近，产生比周围的上表面2c向下方沉入规定尺寸h的材料缩回。在此，规定尺寸h产生约0.05mm左右。
59.下面，对实施方式的金属加工装置及金属加工方法的作用效果进行说明。
60.在本实施方式中，如图1所示，使用锻造工具10对板材2的开口预定部位5进行锻造而使其加工硬化。
61.详细而言，在本实施方式的使用锻造工具10的锻造工序中，首先，在滑动移动体上安装锻造工具10。锻造工具10的前端11a以尖端变细的圆锥形状在径向中央的中心轴s上突出设置，配置在开口预定部位5的中央部的正上方。
62.通过滑动移动体向滑动方向下方的移动，推压部11以接近水平固定的板材2的方式向下方移动。然后，使前端11a抵接于板材2的开口预定部位5的中央。
63.当进一步使滑动移动体向滑动方向下方移动时，锻造工具10的推压部11从前端11a所抵接的径向中央朝向外径方向推开金属材料。被推开的部分2b与板材2的其他部分相比密度增大而加工硬化(母材硬化)。
64.而且，本实施方式的推压部11由于突出设置有圆锥形的前端11a，因此，从中心轴s向外径方向的任意方向都均等地推压的金属材料被推开。
65.而且，本实施方式的锻造工具10的圆锥形状的推压部11突出设置为尖端变细。因此，在开口预定部位5，在均等地推开金属材料时，朝向推压部11的下方压缩金属材料。另外，由于在外径方向的周围将较多的金属材料均等地推开，因此，也抑制了裂纹等的产生。因此，能够得到以比推压部11的外径尺寸c1大的径向尺寸c2进行了加工硬化的开口预定部位5。
66.此外，在锻造工序中，也可以在固定板材2的夹紧夹具形成有使上表面侧凹陷的凹部。凹部更优选形成为与中心轴s一致。
67.在利用锻造工具10的锻造工序中，通过平坦部12，抑制开口预定部位5的周缘的金属材料向面外方向上方退避。因此，进一步压缩而使加工硬化的效率良好。
68.如图2所示，冲裁工具20的插入部22插入到开口预定部位5的加工硬化的部位而冲裁形成开口部3。冲裁工具20使肩部26从内侧面16与残存于开口部3的内周缘的加工硬化的部位抵接。
69.此时，通过调整冲裁工具20的插入量，在微细突出6即将比上表面2c向上方突出之前停止肩部26对内侧面16施加的力。由此，开口部3的周缘与上表面2c齐平，能够提高外观质量。
70.另外，根据冲裁工具20的插入量，产生的微细突出6从开口部3的周缘朝向上方突出。
71.在本实施方式中，如图3所示，使用敲击工具30敲击从开口部3的周围突出的微细突出6，如图4所示，能够形成与上表面2c齐平的平坦面。
72.因此，根据金属加工装置1的性能，即使滑动移动体的滑动方向的位置精度并非高精度，也能够减少塌边和材料缩回，可得到在不增大制造成本的情况下具有所期望的外观质量的板状产品4。
73.另外，如图8所示，肩部26的弯曲面28随着从前端侧的插入部22趋向基端侧的基端部24而使扩径率(r/h)增大。
74.即，能够在前端侧的插入部22附近，将扩径率设定得小。因此，即使不是滑动方向的位置精度为高精度的金属加工装置1，肩部26推压内侧面16的力也不会骤变。由此，能够使用滑动移动体的滑动方向的位置精度为较低精度的金属加工装置、例如滑动方向的位置精度为1/10mm左右的金属加工装置，制造成本的增大得以抑制。
75.例如，通过具有比扩径率r2/h2(或r3/h3)小的扩径率r1/h1(或r2/h2)的弯曲面28，由于滑动方向的位置偏移而导致的开口部3的加工量的变动少。
76.另外，能够将肩部26的基端部24侧的扩径率设定为比插入部22侧大。因此，能够在肩部26与基端部24连接的部分减少与中心轴正交的方向的截面积的变化量，从而避免设置成为折弯的起点的部分。因此，冲裁工具20能够提高插入部22的支承刚度，对于微细的开口部3的加工也能够容易地进行。
77.另外，如图3所示，敲击工具30使平坦的敲击面32抵接，敲击在开口部3的周围产生的微细突出6而使其平坦。
78.因此，即使滑动移动体的滑动方向的位置精度并非高精度，也能够如图4所示使开口部3的周围与板材2的其他上表面2c齐平。
79.因此，可得到减少塌边和材料缩回而具有所期望的外观质量的板状产品4。
80.图9a～图9c示出了实施方式的锻造工具的变形例。此外，对于与实施方式的金属加工装置及金属加工方法相同或等同的部分，标注相同附图标记而省略说明。
81.图9a示出了变形例的锻造工具40。锻造工具40具有平坦的端面41作为推压面。而且，锻造工具40对板材2进行锻造而使其加工硬化。
82.通过加工硬化，开口预定部位5能够以比实施方式大的面积被从径向中央朝向外径方向推开而提高密度。
83.对于其他结构及作用效果，由于与实施方式的金属加工装置及金属加工方法相同或等同，因此省略说明。
84.图9b为使用具有前端为尖端变细的圆锥形状的推压面51且在推压面51的周围不
存在平坦部(参照图1中平坦部12)的锻造工具50通过锻造使板材2加工硬化。
85.通过这样构成的锻造工具50，开口预定部位5能够被从径向中央朝向外径方向推开而提高密度。
86.对于其他结构及作用效果，由于与实施方式的金属加工装置及金属加工方法相同或等同，因此省略说明。
87.图9c为使用在平坦的端面61的平的端面的外周缘形成有倒角而成的倾斜面62的锻造工具60通过锻造使板材2加工硬化。
88.通过这样构成的锻造工具60，开口预定部位5的特别是外周缘部分能够被从径向中央朝向外径方向推开而提高密度。
89.对于其他结构及作用效果，由于与实施方式的金属加工装置及金属加工方法相同或等同，因此省略说明。
90.如上所述，在使用本实施方式的金属加工装置1的金属加工方法中，具备：通过锻造使板材2的开口预定部位5加工硬化的锻造工序(参照图1)；以及在板材2的被锻造的开口预定部位5冲裁形成开口部3的冲裁工序(参照图2)。
91.因此，在锻造工序中进行了加工硬化的开口预定部位5在冲裁工序中进行冲裁，形成开口部3。
92.开口部3的周缘的金属材料被从径向中央朝向外径方向推开而提高密度。因此，能够在开口部3的周缘减少塌边和材料缩回。
93.另外，敲击工序(参照图3)通过敲击工具30敲击在冲裁出的开口部3的周围产生的微细突出6而使其平整。因此，在冲裁工序时，即使在冲裁工具20的沿滑动方向的移动量的精度并不良好等产生了微细突出6的情况下，也能够通过敲击工序敲击微细突出6而使其与其他上表面2c齐平。
94.这样，在本实施方式的金属加工装置及金属加工方法中，能够减少塌边和材料缩回，能够提高板状产品4的外观质量。
95.本发明并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变形。上述的实施方式是为了便于理解地说明本发明而例示的，不一定限定于具备说明的所有结构。另外，能够将某一实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能够在某一实施方式的结构中加入其他实施方式的结构。另外，能够将各实施方式的结构的一部分删除或者进行其他结构的追加、置换。对于上述实施方式能够实现的变形例如如以下这样。
96.在本实施方式中，如图9a～图9c所示，列举了三种锻造工具的变形例，但锻造工具、冲裁工具以及敲击工具并不限定于本实施方式的工具。例如，前端也可以为半球形形状等，只要是通过锻造使开口预定部位加工硬化，则锻造工具、冲裁工具以及敲击工具的形状、数量以及材质没有特别限定。
97.附图标记说明
[0098]1ꢀꢀꢀꢀ
金属加工装置
[0099]3ꢀꢀꢀꢀ
开口部
[0100]5ꢀꢀꢀꢀ
开口预定部位
[0101]
10
ꢀꢀꢀ
锻造工具
[0102]
16
ꢀꢀꢀ
内侧面
[0103]
20
ꢀꢀꢀ
冲裁工具
[0104]
22
ꢀꢀꢀ
插入部
[0105]
24
ꢀꢀꢀ
基端部
[0106]
26
ꢀꢀꢀ
肩部。
技术特征：1.一种金属加工装置，其特征在于，具备：通过锻造使被加工物的开口预定部位加工硬化的锻造工具；以及在所述开口预定部位冲裁形成开口部的冲裁工具，所述冲裁工具具有与所述开口部相同直径的插入部以及与所述插入部连续设置并随着趋向所述冲裁工具的基端侧而比所述插入部扩径的肩部，在冲裁形成所述开口部时，将所述冲裁工具插入至所述肩部从内侧面与残存于所述开口部的内周缘的所述加工硬化部位抵接的位置为止。2.根据权利要求1所述的金属加工装置，其特征在于，所述锻造工具突出设置有将所述开口预定部位从径向中央朝向外径方向推开的推压部。3.根据权利要求2所述的金属加工装置，其特征在于，所述推压部为尖端变细的圆锥形状。4.根据权利要求2所述的金属加工装置，其特征在于，在所述推压部的周围设置有在锻造时与所述开口预定部位的周缘抵接的平坦部。5.根据权利要求1所述的金属加工装置，其特征在于，所述冲裁工具的所述肩部具有随着趋向所述基端侧而扩径率增大的弯曲面。6.根据权利要求1所述的金属加工装置，其特征在于，具备在冲裁出所述开口部的状态下敲击所述开口部的周围而使其平坦的敲击工具，所述敲击工具具有敲击面，所述敲击面敲击由于所述冲裁工具的所述肩部的插入而在所述开口部的周缘产生的微细突出而使其平整。7.一种金属加工方法，其特征在于，具备：通过锻造使被加工物的开口预定部位加工硬化的锻造工序；以及在被加工物的被锻造的开口预定部位冲裁形成开口部的冲裁工序。8.根据权利要求7所述的金属加工方法，其特征在于，还具备通过敲击工具敲击在冲裁出的所述开口部的周围产生的微细突出而使其平整的敲击工序。
技术总结形成为尖端变细的圆锥形状的推压部(11)将开口预定部位(5)的金属材料从径向中央朝向外径方向推开。被推开的部分(2b)与板材(2)的其他部分相比密度增大而加工硬化(母材硬化)。在开口预定部位(5)的周缘，加工硬化的部分的径向尺寸(c2)比推压部(11)的径向尺寸(c1)大(c1＜c2)。(c1＜c2)。(c1＜c2)。
技术研发人员：饭塚弘明
受保护的技术使用者：株式会社英知一
技术研发日：2020.12.25
技术公布日：2022/11/1
