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JP3028643B2 - Metal foil punching method and die using piezoelectric actuator applied press - Google Patents
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JP3028643B2 - Metal foil punching method and die using piezoelectric actuator applied press - Google Patents

Metal foil punching method and die using piezoelectric actuator applied press

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JP3028643B2
JP3028643B2 JP3176163A JP17616391A JP3028643B2 JP 3028643 B2 JP3028643 B2 JP 3028643B2 JP 3176163 A JP3176163 A JP 3176163A JP 17616391 A JP17616391 A JP 17616391A JP 3028643 B2 JP3028643 B2 JP 3028643B2
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punching
punch
piezoelectric actuator
metal foil
work material
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幸則 河村
浩造 松本
徳勝 松本
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータを
ポンチの駆動源としたプレスによる金属箔の打抜き方
法、およびその打抜き方法の実施に使用する金型構造に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of punching a metal foil by a press using a piezoelectric actuator as a driving source of a punch, and a die structure used for carrying out the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】せん断加工によって製造される精密部品
の精度,品質は、加工技術,金型製造技術の進歩,プレ
ス機械の性能向上などにより近年目覚ましく向上しつつ
あり、昨今ではミクロンオーダーの精度が要求される精
密部品の加工分野でも、例えばリードフレームのように
従来ではエッチング法により製造していた電子部品をせ
ん断加工による製造方式に切り換える試みがなされてい
る。
2. Description of the Related Art Accuracy and quality of precision parts manufactured by shearing have been remarkably improved in recent years due to advances in processing technology, mold manufacturing technology, and performance of press machines. In the field of processing precision components that are required, an attempt has been made to switch an electronic component such as a lead frame, which has conventionally been manufactured by an etching method, to a manufacturing method by shearing.

【0003】一方、板厚が100μm以下の極薄い金属
箔を加工材料として精密打抜き加工するようにしたプレ
スとして、ミクロンオーダーでの位置制御が可能で、か
つせん断加工に必要な発生力の得られる圧電アクチュエ
ータをポンチの駆動源に用いて加工材料を上下抜きする
プレスが特開平2−127997号公報などで既に知ら
れている。
On the other hand, as a press in which an extremely thin metal foil having a thickness of 100 μm or less is machined by precision punching, position control on the order of microns is possible, and the force required for shearing can be obtained. A press for using a piezoelectric actuator as a driving source for a punch to punch a work material up and down is already known in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-127997.

【0004】図5は前記の圧電アクチュエータを応用し
た上下打抜き方式のプレスを示すものであり、図におい
て、フレーム1には上型2,下型3,可動ストリッパ
4,上ダイス5,下ダイス6,上ポンチ7,下ポンチ
8、およびストリッパ4を開放操作する圧電アクチュエ
ータ9などの各部品が組み込まれており、さらにフレー
ム1の上下端には上ポンチ7,下ポンチ8を駆動する圧
電アクチュエータ10,11が可動片(圧電アクチュエ
ータの変位をポンチに伝達させるロッド部材)12a,
12b,予圧ばね13a,13bとともにケース1a,
1bに収容して設置されている。なお、14は型2,3
をフレーム1の内部に固定する締結ねじ、15は可動ス
トリッパ4の付勢ばね、16はポンチ7,8の復帰ばね
である。
FIG. 5 shows a vertical punching press using the above-described piezoelectric actuator. In the figure, an upper die 2, a lower die 3, a movable stripper 4, an upper die 5, a lower die 6 are provided on a frame 1. , An upper punch 7, a lower punch 8, and a piezoelectric actuator 9 for opening and closing the stripper 4, and a piezoelectric actuator 10 for driving the upper punch 7 and the lower punch 8 are provided at the upper and lower ends of the frame 1, respectively. , 11 are movable pieces (rod members for transmitting the displacement of the piezoelectric actuator to the punch) 12a,
12b, together with the preload springs 13a and 13b, the case 1a,
1b. In addition, 14 is a mold 2, 3
Are fixed to the inside of the frame 1, 15 is a biasing spring of the movable stripper 4, and 16 is a return spring of the punches 7, 8.

【0005】かかる構成のプレスで加工材料を打抜き加
工するには、まず、圧電アクチュエータ9を動作して可
動ストリッパ4を上方へ押上げて型を開き、この状態で
外部から加工材料(帯状の金属箔)17を上ダイス5と
下ダイス6との間に送り込み、続いて圧電アクチュエー
タ9を復帰させて加工材料17を上ダイス5と下ダイス
6との間に押さえ込むようにクランプする。次に、圧電
アクチュエータ10,11に電圧を印加して上ポンチ
7,下ポンチ8を後退位置から交互に突き出すように駆
動し、加工材料17をいわゆる上下抜き法により打抜き
加工する。なお、加工後は再び圧電アクチュエータ9の
駆動により可動ストリッパ4を開いて加工材料17のク
ランプを釈放し、この状態で加工材料17をピッチ送り
する。
In order to punch a work material by a press having such a configuration, first, the piezoelectric actuator 9 is operated to push up the movable stripper 4 to open the mold, and in this state, the work material (band-shaped metal) is externally opened. The foil 17 is fed between the upper die 5 and the lower die 6, and then the piezoelectric actuator 9 is returned to clamp the work material 17 between the upper die 5 and the lower die 6. Next, a voltage is applied to the piezoelectric actuators 10 and 11, and the upper punch 7 and the lower punch 8 are driven so as to alternately protrude from the retracted position, and the processing material 17 is punched by a so-called vertical punching method. After the processing, the movable stripper 4 is opened again by driving the piezoelectric actuator 9, and the clamp of the processing material 17 is released. In this state, the processing material 17 is fed at a pitch.

【0006】次に、前記した上下抜き法の工程を図6に
より説明する。まず、(a)図は加工材料17を上ダイ
ス5と下ダイス6との間にクランプした初期工程の状態
を示し、この初期状態では上ポンチ7,下ポンチ8はダ
イス5,6の内方に後退して待機している。ここで、上
ポンチ5の圧電アクチュエータ10(図5参照)に電圧
を印加すると、(b)図のように上ポンチ5が上方から
突出し、加工材料17に食い込んで上面側にせん断変形
を与えるように半抜きする。続いて上ポンチ7を後退さ
せるとともに、(c)図のように下ポンチ8の圧電アク
チュエータ11(図5参照)に電圧を印加して下ポンチ
8を下方から突出し駆動し、先の半抜き工程で加工材料
17に形成したせん断変形部を押し戻すように逆抜きし
て下面側からせん断変形を与える。これにより、打抜き
部17aがせん断面に沿って加工材料17から破断分離
する。最後の工程では(d)図のように上ポンチ5を操
作して上ダイス7の中に突出している打抜き部17aを
加工材料17の中に押し込むようにプッシュバックさせ
る。
Next, steps of the above-described vertical blanking method will be described with reference to FIG. First, FIG. 7A shows a state of an initial step in which the work material 17 is clamped between the upper die 5 and the lower die 6, and in this initial state, the upper punch 7 and the lower punch 8 are located inside the dies 5 and 6. Retreats and waits. Here, when a voltage is applied to the piezoelectric actuator 10 (see FIG. 5) of the upper punch 5, the upper punch 5 protrudes from above as shown in FIG. Half-punched. Subsequently, the upper punch 7 is retracted, and a voltage is applied to the piezoelectric actuator 11 (see FIG. 5) of the lower punch 8 to protrude the lower punch 8 from below as shown in FIG. Then, the shear deformation portion formed on the work material 17 is pushed back so as to push back to apply a shear deformation from the lower surface side. As a result, the punched portion 17a breaks and separates from the work material 17 along the shear plane. In the last step, the punched portion 17a projecting into the upper die 7 is pushed back by operating the upper punch 5 as shown in FIG.

【0007】図7は供試材料として板厚が80μmの銅
合金箔を前記の上下抜き法によりせん断加工した切り口
を写した電子顕微鏡写真であり、切り口面の上下部分に
は金型の切刃によるせん断面が、また中央部分には破断
面の生じている様子が観察される。なお、この実験に使
用した金型は、半抜き側ポンチのクリアランスが2%、
逆抜き側ポンチのクリアランスが4%である。
FIG. 7 is an electron micrograph showing a cut section obtained by shearing a copper alloy foil having a thickness of 80 μm as a test material by the above-mentioned vertical cutting method. It is observed that the sheared surface is caused by the shearing and the fractured surface is formed at the center. The mold used in this experiment had a clearance of 2% for the punch on the half punch side,
The clearance of the punch on the reverse side is 4%.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、発明者等が
様々な打抜き加工の実験を通じて得た知見によれば、板
厚が100μm以下の金属箔、とりわけ50μm以下の
薄い金属箔を上下抜き法でせん断加工する場合には、ポ
ンチの位置制御の精度に加えて金型のクリアランスが加
工精度に大きく影響を及ぼすことが明らかになった。す
なわち、先記した上下抜き法では、金型のクリアランス
が加工材料の板厚の10%以下であれば一般に良好なせ
ん断面が得られる。しかし加工材料である金属箔の板厚
が数十μmで、その打抜き輪郭が複雑になると、通常の
金型加工技術では金型を10%以下の適正なクリアラン
スにすることが極めて難しく、そのために特にステンレ
ス材などのように硬質材料を打抜く場合には、せん断切
り口に十分なだれ面が形成されずにバリが発生する。
According to the knowledge obtained by the inventors through various punching experiments, a metal foil having a thickness of 100 μm or less, particularly a thin metal foil having a thickness of 50 μm or less, is formed by a vertical punching method. In the case of shearing, it became clear that the clearance of the mold had a great effect on the processing accuracy in addition to the accuracy of the punch position control. That is, in the above-described vertical punching method, generally a good shear surface can be obtained if the clearance of the mold is 10% or less of the plate thickness of the processing material. However, if the metal foil, which is a processing material, has a plate thickness of several tens of μm and its punching contour is complicated, it is extremely difficult to make the mold to have an appropriate clearance of 10% or less by ordinary die processing technology. In particular, when a hard material such as a stainless steel material is punched, burrs are generated without a sufficient drooping surface being formed at the shear cut.

【0009】図8は図7で表した打抜き加工部品のサン
プルについて、逆抜き直後の切り口断面を写した電子顕
微鏡写真であり、右側部材の切り口の下端に、先端の尖
ったバリ(かえり)の発生している様子が観察される。
このように従来の上下抜法では、特に金属箔の板厚が薄
くなるとバリが発生してせん断不良を引き起こす。
FIG. 8 is an electron micrograph showing a cross section of the sample of the punched part shown in FIG. 7 immediately after the reverse punching, and a sharp burr is formed at the lower end of the right side member. The appearance of occurrence is observed.
As described above, in the conventional vertical punching method, burrs are generated particularly when the thickness of the metal foil is reduced, resulting in poor shearing.

【0010】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は、先記した圧電アクチュエータ応用
のプレスを用いて板厚が数十μm以下の金属箔をバリ無
しに精度よく打抜き加工できるようにした新たな打抜き
方法、およびその打抜き方法の実施に使用する打抜き金
型を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to precisely punch a metal foil having a thickness of several tens μm or less using a press applied to a piezoelectric actuator as described above without burrs. It is an object of the present invention to provide a new punching method that can be performed and a punching die used for implementing the punching method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の打抜き方法では、加工材料をダイスの間に
クランプし、かつ加工材料の両面をポンチで加圧拘束し
た状態を保ったまま、半抜き,逆抜き工程を交互に繰り
返すよう各ポンチを上下に振動駆動して加工材料を打抜
くものとする。
In order to solve the above-mentioned problems, in the punching method of the present invention, a processing material is clamped between dies, and both surfaces of the processing material are kept under pressure by a punch. In this state, each punch is driven up and down so as to alternately repeat the half-punching and reverse-punching steps, thereby punching the work material.

【0012】ここで、前記打抜き方法における半抜き,
逆抜き工程でのポンチのストローク量は、加工材料の板
厚に対して10〜40%の比率に設定するものとし、半
抜き,逆抜きの各工程に対応して、2組の圧電アクチュ
エータに正電圧を交互に印加してポンチを上下に振動駆
動することができる。また、この振動駆動の過程で加工
材料を確実に加圧拘束するために、正電圧を印加する圧
電アクチュエータに対し、若干の時間差をおいて反対側
の圧電アクチュエータに負電圧を印加するのがよい。
Here, half punching in the punching method,
The stroke amount of the punch in the reverse punching process shall be set to a ratio of 10 to 40% with respect to the plate thickness of the work material. The punch can be driven to vibrate up and down by alternately applying a positive voltage. In addition, in order to reliably press and restrain the processing material in the process of the vibration drive, it is preferable to apply a negative voltage to the piezoelectric actuator on the opposite side with a slight time difference from the piezoelectric actuator for applying the positive voltage. .

【0013】さらに、金型のクリアランスが加工材料の
板厚に比して大きい場合にバリ発生を抑制するための金
型構造として、本発明では上下2組のダイス,ポンチに
対してそのいずれか一方の刃先に面とりを施すものとす
る。
Further, in the present invention, as a mold structure for suppressing the generation of burrs when the clearance of the mold is larger than the plate thickness of the work material, in the present invention, one of two sets of dies and punches is used. One of the cutting edges is chamfered.

【0014】[0014]

【作用】上記のようにダイスの間にクランプした加工材
料を両側から上ポンチと下ポンチで加圧挟持した状態の
まま、ポンチのストローク量(加工材料へのポンチの食
い込み量)を従来の上下抜き法に比べて少ないストロー
ク量(10〜40%)に設定し、この状態で半抜き,逆
抜きを交互に繰り返すように各ポンチを圧電アクチュエ
ータにより振動駆動すると、加工材料には上下からのポ
ンチの僅かな食い込みによるせん断とともに、せん断面
に沿った領域には低サイクル疲労による破断が生じ、最
終的に加工材料はバリ(かえり)の発生無しに打抜かれ
るようになる。
With the work material clamped between the dies as described above pressed and sandwiched by the upper punch and the lower punch from both sides, the stroke amount of the punch (the amount of punch biting into the work material) can be increased and decreased by the conventional method. When the stroke is set to a smaller stroke amount (10 to 40%) than in the punching method, and each punch is vibrated by a piezoelectric actuator so as to alternately repeat half punching and reverse punching in this state, punches from above and below are applied to the processing material. In addition to the shearing due to the slight bite, the area along the shear plane is broken by low cycle fatigue, and the work material is finally punched without generating burrs.

【0015】この場合に、上ポンチの圧電アクチュエー
タ,下ポンチの圧電アクチュエータに対し交互に正電圧
を印加して上下駆動し、かつ正電圧を印加する圧電アク
チュエータに対して反対側の圧電アクチュエータには若
干の時間差をおいて負電圧を印加することにより、圧電
アクチュエータ固有のばね特性,および印加電圧に対す
る変位量のヒステリシス特性を巧みに利用して加工材料
を加圧状態に拘束保持したまま半抜き,逆抜きが行え、
しかも打抜き過程の間中、加工材料の両面をポンチで加
圧挟持させることで、打抜き加工の際に加工材料に反り
が発生するのを確実に防げる。
In this case, the piezoelectric actuator of the upper punch and the piezoelectric actuator of the lower punch are alternately applied with a positive voltage to drive up and down, and the piezoelectric actuator on the opposite side to the piezoelectric actuator applying the positive voltage is applied to the piezoelectric actuator. By applying a negative voltage with a slight time lag, the punching half of the work material is restrained and held in a pressurized state by skillfully utilizing the spring characteristics inherent to the piezoelectric actuator and the hysteresis characteristics of the displacement with respect to the applied voltage. You can do a reverse pull,
Moreover, during the punching process, by pressing both surfaces of the processing material under pressure with a punch, it is possible to reliably prevent the processing material from being warped during the punching process.

【0016】また、特に加工材料の板厚に対して金型の
クリアランスが50〜100%と大きい場合には、半抜
き,逆抜き工程の繰り返しによりクリアランスの両側部
に応力集中が生じていわゆる二重せん断,およびバリの
生じるおそれがあるが、かかる点、上下2組のダイス,
ポンチに対してそのいずれか一方の刃先に面とり(R加
工,ないしC面とり)を施しておくことにより、面とり
を施した側では加工材料に加わる応力集中が緩和される
ので、二重せん断,およびこれに伴うバリ発生を押さえ
て良好なせん断切り口面が得られる。
In particular, when the clearance of the mold is as large as 50 to 100% with respect to the thickness of the work material, stress concentration occurs on both sides of the clearance due to the repetition of the half-punching and reverse-punching steps, so that a so-called two-dimensional process is performed. There is a risk of heavy shear and burr, but this point, two sets of upper and lower dies,
By performing chamfering (R processing or C-chamfering) on one of the cutting edges of the punch, stress concentration applied to the work material is reduced on the chamfered side. A good shear cut surface can be obtained by suppressing shearing and the accompanying burr generation.

【0017】[0017]

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図1は本発明による打抜き加工の工程図を示すもの
であり、ここで使用するプレスは図5で述べたと同様な
圧電アクチュエータ応用の打抜きプレスを用いるものと
し、図5に対応する同一部材には同じ符号が付してあ
る。また、図の上半分は打抜き工程1〜5に対応した上
ポンチ7,下ポンチ8のストローク動作,およびこれに
伴う加工材料17のせん断変形の状態を表し、下半分は
上ポンチ,下ポンチの各圧電アクチュエータの印加電圧
を表している。なお、上下のポンチ7,8を駆動する圧
電アクチュエータ(図5に符号10,11で示す)は、
正電圧を印加した際に誘起する発生力でポンチ7,8を
加工材料17に向けて突出し駆動し、逆に負電圧を印加
した際にはヒステリシス特性線に沿って後退変位するよ
う動作させるものとして、図中の印加電圧(+)は正電
圧印加を、(−)は負電圧印加の状態を表している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a process chart of the punching process according to the present invention. The press used here is the same as the stamping press applied to the piezoelectric actuator described in FIG. 5, and the same members corresponding to FIG. The same reference numerals are given. The upper half of the figure shows the stroke operation of the upper punch 7 and the lower punch 8 corresponding to the punching steps 1 to 5 and the state of the shear deformation of the work material 17 accompanying this, and the lower half of the upper punch and the lower punch. This represents the applied voltage of each piezoelectric actuator. The piezoelectric actuators (indicated by reference numerals 10 and 11 in FIG. 5) for driving the upper and lower punches 7 and 8 are:
The punches 7 and 8 are protruded and driven toward the work material 17 by the generated force induced when a positive voltage is applied, and conversely, the punches 7 and 8 are operated to be displaced backward along the hysteresis characteristic line when a negative voltage is applied. In the figure, the applied voltage (+) indicates a positive voltage application, and the (-) indicates a negative voltage application state.

【0018】まず、工程1は上ダイス5と下ダイス6と
の間に加工材料17をクランプした初期の状態であり、
上下のポンチ7,8はともに初期位置に待機している。
続く工程2で表した半抜き工程では、上ポンチ7の圧電
アクチュエータ10(図5参照)に対し時間t1で正電
圧を印加し、その際の伸び変位により上ポンチ7を加工
材料17に向けて突出し駆動する。これにより、加工材
料17は上ポンチ7と下ポンチ8との間に加圧拘束され
た状態のまま、図示のように上ポンチ7が食い込んでせ
ん断変形する。なお、この場合に下ポンチ8の圧電アク
チュエータ11(図5参照)は上ポンチ7の動きに追随
して圧電アクチュエータ固有のばね定数で縮むことにな
るが、前記時間t1より若干遅れた時間t2で圧電アク
チュエータ11に負電圧を印加して若干負方向に変位さ
せることにより下ポンチ8がさらに後退するようになる
ので、加工材料17の加圧拘束状態を保ったまま上ポン
チ7を所定のストローク量(加工材料17の板厚の10
〜40%程度)まで駆動できる。そして、工程2の後半
では時間t3で先に下ポンチ8の圧電アクチュエータ1
1に対する負電圧の印加を停止し、僅かに遅れた時間t
4で上ポンチ7の圧電アクチュエータ10の正電圧印加
を停止する。
First, step 1 is an initial state in which the work material 17 is clamped between the upper die 5 and the lower die 6.
Both the upper and lower punches 7, 8 are waiting at the initial position.
In the subsequent half-punching step represented by the step 2, a positive voltage is applied to the piezoelectric actuator 10 (see FIG. 5) of the upper punch 7 at time t1, and the upper punch 7 is directed toward the work material 17 by elongation displacement at that time. Protrude and drive. As a result, the work material 17 is sheared by the upper punch 7 biting as shown in the drawing while the work material 17 is kept under pressure between the upper punch 7 and the lower punch 8. In this case, the piezoelectric actuator 11 of the lower punch 8 (see FIG. 5) contracts with the spring constant inherent to the piezoelectric actuator following the movement of the upper punch 7, but at a time t2 slightly delayed from the time t1. By applying a negative voltage to the piezoelectric actuator 11 and displacing it slightly in the negative direction, the lower punch 8 is further retracted. (10 of plate thickness of processing material 17)
(About 40%). Then, in the second half of the process 2, at time t3, the piezoelectric actuator 1
The application of the negative voltage to 1 is stopped and a slightly delayed time t
At 4, the application of the positive voltage to the piezoelectric actuator 10 of the upper punch 7 is stopped.

【0019】次の工程3で表した逆抜き工程では、前記
の半抜き工程とは反対に下ポンチ8の圧電アクチュエー
タ11に正電圧を印加し、加工材料17を上下のポンチ
7,8で加圧拘束したまま下ポンチ8を下方から突出し
駆動する。これにより工程2で生じたせん断変形部分が
逆方向に押し込まれるようになる。なお、この工程でも
圧電アクチュエータ10,11に対する電圧印加パター
ンの制御を工程2と同様に行う。続く工程4では前記し
た工程2と工程3の動作を交互に複数回ずつ連続的に繰
り返して行う。これにより、加工材料17は最終的に工
程5で示すように打抜き部17aがせん断される。ここ
で、前記打抜き部17aのせん断切り口において、A,
Bは上下からのポンチの食い込みにより生じたせん断
面,Cは低サイクル疲労によりせん断面AとBとの間に
生じた破断面を表している。なお、前記の打抜き部17
aは従来の上下抜き法と同様にプッシュバック操作によ
り加工材料17へ押し込み、その後に金型を開いて加工
材料17を次の打抜き位置にピッチ送りする。
In the reverse punching step represented by the following step 3, a positive voltage is applied to the piezoelectric actuator 11 of the lower punch 8 and the work material 17 is applied by the upper and lower punches 7, 8 in a manner opposite to the half punching step. The lower punch 8 is protruded from below and driven while the pressure is restrained. As a result, the shear deformation portion generated in step 2 is pushed in the opposite direction. In this step, the control of the voltage application pattern for the piezoelectric actuators 10 and 11 is performed in the same manner as in Step 2. In the subsequent step 4, the operations of the above steps 2 and 3 are alternately and continuously repeated a plurality of times. As a result, the punched portion 17a of the work material 17 is finally sheared as shown in step 5. Here, at the shear cut of the punched portion 17a, A,
B indicates a shear surface generated by the punch biting from above and below, and C indicates a fracture surface generated between the shear surfaces A and B due to low cycle fatigue. In addition, the said punching part 17
In the case a, the work material 17 is pushed into the work material 17 by a push-back operation in the same manner as the conventional vertical punching method, and then the mold is opened to feed the work material 17 to the next punching position.

【0020】図9,図10は、板厚13μmのステンレ
ス金属箔を供試試料として前記の方法で打抜いたサンプ
ルのせん断切り口を写した電子顕微鏡写真を示すもので
ある。ただし、この打抜き加工の実験では金型のクリア
ランスを板厚の約40%(5μm)とし、半抜き,逆抜
きの各ストローク量を板厚の30%、半抜き,逆抜き工
程の繰り返し回数を10回として行った。ここで、図9
の写真はサンプルを横から撮影したもので写真の白地部
分が打抜き加工後の輪郭を表しており、左右の輪郭線は
箔面、下端の輪郭線がせん断切り口である。また、図1
0は図9に示したせん断切り口面を正面から撮影した写
真で、写真中央部の左右に伸びた部分がせん断切り口を
表している。これらの写真から判るように切り口面には
バリの発生がなく、切り口の上下端縁には滑らかな”だ
れ”の形成されているのが観察される。なお、せん断切
り口の上下に見える白地部分は写真撮影時に生じたハレ
ーションであり、せん断切り口とは関係がない。
FIGS. 9 and 10 are electron micrographs showing shear cuts of a sample punched by the above method using a stainless metal foil having a thickness of 13 μm as a test sample. However, in this punching experiment, the clearance of the mold was set to approximately 40% (5 μm) of the plate thickness, each stroke amount of half punching and reverse punching was set to 30% of the plate thickness, and the number of times of half punching and reverse punching was repeated. Performed 10 times. Here, FIG.
Is a photograph of the sample taken from the side, the white background portion of the photograph represents the contour after punching, the left and right contour lines are the foil surface, and the bottom contour line is the shear cut. FIG.
Reference numeral 0 denotes a photograph of the shear cut surface shown in FIG. 9 taken from the front, and a portion extending to the left and right at the center of the photograph represents the shear cut. As can be seen from these photographs, no burrs are formed on the cut surface, and it is observed that a smooth "shape" is formed at the upper and lower edges of the cut surface. In addition, the white background portions seen above and below the shear cut are halation generated at the time of photographing and have nothing to do with the shear cut.

【0021】次に、前記打抜き法の実施に使用する打抜
き金型について述べる。まず、図2は金型のクリアラン
スを加工材料17の板厚の50〜100%と大きくして
通常の金型により打抜き加工した場合の各工程状態を模
式的に表したものである。すなわち、図2の(a)は加
工材料17を金型にクランプした初期状態、(b)は半
抜き工程の状態、(c)は逆抜き工程の状態を表してお
り、半抜き,逆抜き工程を交互に数回繰り返すことによ
り、最終的に加工材料17が図2の(d)のようにせん
断される。このように金型のクリアランスが板厚に対し
て大きいと、半抜き,逆抜きの繰り返しにより加工材料
17にはクリアランスの両側二箇所に塑性変形(塑性変
形領域をPで示す)が生じ、最終的にせん断されない側
(ダイス5,6の間にクランプされている側)の塑性変
形領域に発生した切込みの深いき裂Qがそのまま残って
せん断不良を引き起こすことがある。このような切込み
の深いき裂Qの発生は、打抜き過程で金型に挟まれた加
工材料部分に過大な応力集中が加わることに原因があ
る。
Next, a punching die used for performing the punching method will be described. First, FIG. 2 schematically shows each process state in the case where the clearance of the mold is increased to 50 to 100% of the plate thickness of the work material 17 and punching is performed by using a normal mold. That is, FIG. 2A shows an initial state in which the work material 17 is clamped to a mold, FIG. 2B shows a state of a half-punching step, and FIG. 2C shows a state of a reverse-punching step. By repeating the process alternately several times, the work material 17 is finally sheared as shown in FIG. When the clearance of the mold is large with respect to the plate thickness, plastic deformation (a plastic deformation region is indicated by P) occurs at two locations on both sides of the clearance in the work material 17 due to repetition of half punching and reverse punching. In some cases, a deep crack Q with a notch generated in the plastic deformation region on the side that is not sheared (the side clamped between the dies 5 and 6) remains as it is, resulting in poor shearing. The generation of such a deep crack Q is caused by excessive stress concentration being applied to a portion of the processing material sandwiched between the dies during the punching process.

【0022】そこで、本発明では、図3の(a)に示す
ように加工材料17をクランプする上ダイス7,下ダイ
ス8について、その刃先にあらかじめ面とり(R加工な
いしC面とり)を施しておくことにより、打抜き過程で
該部に加わる応力集中が少なくなる。この結果、図3の
(b)に示すようにせん断されない側の塑性変形領域に
は多少凹んだ痕跡を残すのみで、図2の(d)で見られ
るような深いき裂Qが殆ど発生しなくなる。なお、この
刃先の面とりは図示例とは逆にポンチ側で行っても同様
な効果が得られ、この場合にはダイスに挟まれ部分が破
断分離する。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 3A, the upper die 7 and the lower die 8 for clamping the work material 17 are preliminarily chamfered (R processing or C chamfering) on the cutting edges. By doing so, the concentration of stress applied to the portion during the punching process is reduced. As a result, as shown in FIG. 3 (b), only a slightly dented trace is left in the plastic deformation region on the side not sheared, and a deep crack Q as shown in FIG. 2 (d) is almost generated. Disappears. The same effect can be obtained even if the edge of the cutting edge is chamfered on the punch side, contrary to the illustrated example. In this case, the portion sandwiched by the die is broken and separated.

【0023】なお、図4は前記振動打抜き法により加工
材料がせん断に至るまでのポンチ食い込み量(ポンチの
ストローク量)とポンチ振動回数(半抜き,逆抜き工程
の繰り返し回数)との関係を表したものであり、傾向的
にはポンチ食い込み量が大きい程、少ない振動回数で加
工材料がせん断され、逆にポンチ食い込み量が小さいと
多い振動回数が必要となる。また、適正なポンチ食い込
み量は加工材料の材質により異なり、軟質の材料では大
きめに,硬質材料では小さくするのがよい。
FIG. 4 is a table showing the relationship between the punch bite amount (stroke amount of the punch) and the number of punch vibrations (the number of repetitions of the half-punching and reverse-punching steps) until the work material is sheared by the vibration punching method. The tendency is that the processing material is sheared with a smaller number of vibrations as the punch bite amount is larger, whereas a larger number of vibrations is required with a smaller punch bite amount. Further, the appropriate amount of punch penetration depends on the material of the processing material, and it is preferable that the punching amount is large for a soft material and small for a hard material.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上述べたように本発明による金属箔の
打抜き方法によれば、ミクロンオーダーでの位置制御が
可能な圧電アクチュエータをポンチ駆動源として用い、
ダイスの間にクランプした加工材料の両面をポンチで加
圧拘束した状態を保ったまま、半抜き,逆抜き工程を交
互に繰り返すように各ポンチを圧電アクチュエータで振
動駆動するようにしたので、これにより従来の上下抜き
法ではバリ無しでのせん断が困難であった板厚数十μm
程度の薄い金属箔も、バリの発生なしに精度よく打抜き
加工することができる。
As described above, according to the metal foil punching method of the present invention, a piezoelectric actuator capable of controlling the position on the order of microns is used as a punch driving source.
Each punch was driven to vibrate by a piezoelectric actuator so that the half-punching and reverse-punching steps were alternately repeated while maintaining the state in which both surfaces of the work material clamped between the dies were pressed and constrained by the punch. Due to the difficulty of shearing without burrs with the conventional vertical punching method, a plate thickness of several tens μm
Even a thin metal foil can be punched accurately without generating burrs.

【0025】また、本発明の打抜き方法によれば、金型
のクリアランスが板厚の10%以上であってもバリ無し
に打抜き加工ができるが、特にダイス,ポンチのいずれ
か一方の刃先に面とりを施しておくと、金型のクリアラ
ンスが加工材料の板厚の50〜100%と大きい場合で
も、加工材料に加わる不要な応力集中を緩和して二重せ
ん断に伴うき裂,バリの発生を良好に防止できる。
According to the punching method of the present invention, punching can be performed without burrs even if the clearance of the mold is 10% or more of the plate thickness. If the clearance is provided, even if the clearance of the mold is as large as 50 to 100% of the thickness of the processing material, unnecessary stress concentration applied to the processing material is reduced, and cracks and burrs due to double shearing are generated. Can be satisfactorily prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の打抜き方法の実施例で、圧電アクチュ
エータの印加電圧とこれに対応する上下ポンチの動きを
表した打抜き工程図
FIG. 1 is a diagram showing a punching process showing an applied voltage of a piezoelectric actuator and a corresponding movement of an upper and lower punch in an embodiment of the punching method of the present invention.

【図2】クリアランスの大きな金型で打抜き加工した場
合の状態を表した模式図であり、(a)は加工材料をク
ランプした初期工程、(b)は半抜き工程、(c)逆抜
き工程、(d)は打抜き加工後の加工材料の切り口断面
の状態図
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams showing a state in which punching is performed by a mold having a large clearance, wherein FIG. 2A is an initial step of clamping a processing material, FIG. 2B is a half-punching step, and FIG. (D) is a state diagram of a cross-section of the cut material after punching.

【図3】本発明実施例の打抜き金型、および該金型で打
抜いた加工材料の切り口断面を表す図であり、(a)は
加工材料のクランプ状態、(b)は打抜き加工後の切り
口断面図
3A and 3B are diagrams illustrating a punching die of an embodiment of the present invention and a cross section of a cut surface of a processing material punched by the die, wherein FIG. 3A illustrates a clamped state of the processing material, and FIG. Cross section

【図4】加工材料のせん断に至るまでのポンチ食い込み
量とポンチ振動回数との関係を表す図
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of punch punching and the number of punch vibrations until the processing material is sheared.

【図5】本発明の打抜き方法に使用する圧電アクチュエ
ータ応用プレスの構成図
FIG. 5 is a configuration diagram of a piezoelectric actuator applied press used in the punching method of the present invention.

【図6】従来の上下抜き法を表す工程図であり、(a)
は加工材料をクランプした初期工程、(b)は半抜き工
程、(c)は逆抜き工程、(d)はプッシュバック工程
の状態図
FIG. 6 is a process chart showing a conventional vertical blanking method, and FIG.
Is an initial step of clamping a work material, (b) is a half-punching step, (c) is a reverse-punching step, and (d) is a state diagram of a push-back step.

【図7】従来の上下抜き法により打抜き加工したサンプ
ルの切り口面を正面から撮影した電子顕微鏡写真
FIG. 7 is an electron micrograph of a cut face of a sample punched by a conventional vertical punching method taken from the front.

【図8】図7に表した切り口の断面を撮影した電子顕微
鏡写真
8 is an electron micrograph of a cross section of the cut surface shown in FIG.

【図9】本発明の打抜き方法により打抜き加工したサン
プルの切り口の断面を撮影した電子顕微鏡写真
FIG. 9 is an electron micrograph showing a cross section of a cut surface of a sample punched by the punching method of the present invention.

【図10】図9に表した切り口面を正面から撮影した電
子顕微鏡写真
10 is an electron micrograph of the cut surface shown in FIG. 9 taken from the front.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 上ダイス 6 下ダイス 7 上ポンチ 8 下ポンチ 10 圧電アクチュエータ 11 圧電アクチュエータ 17 加工材料(金属箔) Reference Signs List 5 upper die 6 lower die 7 upper punch 8 lower punch 10 piezoelectric actuator 11 piezoelectric actuator 17 processing material (metal foil)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 徳勝 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 新野 文達 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−162195(JP,A) 特開 昭57−102310(JP,A) 特開 昭63−278617(JP,A) 特開 平4−57699(JP,A) 実開 平1−80218(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B26F 1/00 B21D 28/16 B26D 5/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tokatsu Matsumoto 1-1, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Fumita Niino, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-ku, Kanagawa Prefecture No. 1 Fuji Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-63-162195 (JP, A) JP-A-57-102310 (JP, A) JP-A-63-278617 (JP, A) 4-57699 (JP, A) Japanese Utility Model 1-80218 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B26F 1/00 B21D 28/16 B26D 5/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】圧電アクチュエータをポンチの駆動源に用
いたプレスによる金属箔打抜き方法であって、前記プレ
スが金属箔の加工材料を挟んでその上下に2組のダイ
ス、ポンチおよびポンチ駆動用圧電アクチュエータを備
え、加工材料をダイスの間にクランプし、かつ加工材料
の両面を2組のポンチで加圧拘束した状態を保って、半
抜き、逆抜き工程を交互に繰り返すよう各ポンチを上下
に振動駆動して加工材料を打ち抜く方法において、前記
半抜き、逆抜きの各工程に対応して、2組の圧電アクチ
ュエータに交互に正電圧を印加すすとともに、正電圧の
印加された側の圧電アクチュエータと反対側の圧電アク
チュエータに若干の時間差をおいて負電圧を印加してポ
ンチを上下に振動駆動することを特徴とする圧電アクチ
ュエータ応用プレスによる金属箔打ち抜き方法。
1. A method for punching a metal foil by a press using a piezoelectric actuator as a driving source of a punch, wherein the press sandwiches a metal foil processing material and vertically sets two dies, a punch and a piezoelectric for driving the punch. Equipped with an actuator, clamp the work material between the dies, and maintain the state that both surfaces of the work material are pressed and constrained by two sets of punches. In the method of punching a working material by vibration driving, a positive voltage is alternately applied to two sets of piezoelectric actuators corresponding to each of the half-punching and the reverse punching, and the piezoelectric actuator on the side to which the positive voltage is applied. A piezoelectric actuator press characterized by applying a negative voltage to the opposite side of the piezoelectric actuator with a slight time difference to drive the punch up and down Metal foil stamping method by.
【請求項2】請求項1記載の打抜き方法において、半抜
き,逆抜きの各工程におけるポンチのストローク量を加
工材料の板厚に対して10〜40%の比率に設定したこ
とを特徴とする圧電アクチュエータ応用プレスによる金
属箔打抜き方法。
2. The punching method according to claim 1, wherein the stroke amount of the punch in each of half-punching and reverse-punching is set to a ratio of 10 to 40% with respect to the thickness of the work material. A metal foil punching method using a piezoelectric actuator application press.
【請求項3】請求項1記載の打抜き方法において、半抜
き,逆抜きの各工程に対応して、2組の圧電アクチュエ
ータに正電圧を交互に印加してポンチを上下に振動駆動
することを特徴とする圧電アクチュエータ応用プレスに
よる金属箔打抜き方法。
3. The punching method according to claim 1, wherein the punch is vibrated up and down by alternately applying a positive voltage to two sets of piezoelectric actuators corresponding to each of half-punching and reverse-punching. A method of punching metal foil using a piezoelectric actuator application press.
【請求項4】請求項3記載の打抜き方法において、正電
圧を印加する圧電アクチュエータに対し、若干の時間差
をおいて反対側の圧電アクチュエータに負電圧を印加す
ることを特徴とする圧電アクチュエータ応用プレスによ
る金属箔打抜き方法。
4. A stamping method according to claim 3, wherein a negative voltage is applied to a piezoelectric actuator on the opposite side with a slight time difference from a piezoelectric actuator for applying a positive voltage. Metal foil punching method.
【請求項5】上下2組のダイス,ポンチに対し、そのい
ずれか一方の刃先に面とりを施したことを特徴とする請
求項1記載の打抜き方法に使用する金型。
5. A die for use in a punching method according to claim 1, wherein one of the upper and lower dies and punches is chamfered.
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