JP6715091B2

JP6715091B2 - アルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法

Info

Publication number: JP6715091B2
Application number: JP2016113351A
Authority: JP
Inventors: 山本　正博; 正博山本
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: JP2017217665A

Description

本発明は、アルミニウム板と発泡合成樹脂層とを積層してなるアルミニウム樹脂複合積層板に孔を加工するための孔抜き加工方法に関する。

近年、様々な用途に用いられている板状部材においては素材の軽量化が大きな課題であり、自動車分野に留まらず鉄道車両、航空機、船舶及びその他輸送機材、家電製品、ＩＴ関連部材、及び住宅からビル等の外内壁材までもが軽量化を求められている。一例として、自動車分野では車両部品に用いられる鋼板の一部をアルミニウム板や樹脂板、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）板に置換することが検討されている。更に、用途によっては軽量性だけでなく、制振性や遮音性、断熱性など付加的性能が求められることが多く、そのような要求に応えるための板材料の一つとして、二枚のアルミニウム板の間に合成樹脂層を挟んで積層したアルミニウム樹脂複合積層板を用いることが提案されている。

このようなアルミニウム樹脂複合積層板としては、例えば、特許文献１に二枚のアルミニウム合金板の間に発泡性樹脂層が設けられた積層板が開示されている。また、特許文献２には、独立気泡からなる発泡樹脂の両面にアルミニウム合金板（金属板）を積層したパネルに、その厚さ方向に貫通する複数の孔を形成した吸音パネルが開示されている。この特許文献２には、吸音パネルの孔は、パネルの発泡樹脂とアルミニウム合金板とにドリル、孔あけパンチ、針、釘、突起等の孔形成手段を貫通させることにより形成することが記載されている。また、特許文献２には、表面に針が設けられた第１ロールと、表面に針に対応する凹部が設けられた第２ロールとの２つのロール間にパネルを通して、パネルに針を突き刺すことで孔を形成する方法や、表面に針が設けられた第１プレス板と、針に対応する凹部が表面に設けられた第２プレス板との２つのプレス板でパネルを挟んでプレスすることで孔を形成する方法が例示されている。

国際公開第２０１０／０２９９５５号公報特許第５６２６９９５号公報

ところが、特許文献２に記載されているような孔加工方法により、アルミニウム樹脂複合積層板を加工した場合では、孔を加工した周辺に生じる凹み（ダレ）や、芯材である発泡合成樹脂層の切断面に生じるバリ（髭）、さらに抜きカスにより生じる押し込みピット等の発生を防止することができず、外観不良を引きおこしやすい。特に、車両部材に用いられる複合積層板の場合は、小径から大径サイズまでの各サイズの孔加工への対応や、円形孔、四角孔、長孔としった各種形状の孔加工に対応でき、切断面に孔周囲の凹みや潰れ等の押し込みや、バリやカエリといった突起等の発生を防止することが求められることから、改善が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ダレやバリ等の外観不良を抑制できるアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法を提供することを目的とする。

本発明のアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法は、発泡合成樹脂層の両面にア
ルミニウム板材が積層されてなるアルミニウム樹脂複合積層板のブランク板材の外周部をダイとブランクホルダーとの間に挟持して押圧荷重を付与した状態で、該ブランク板材の厚み方向にパンチを貫通させて孔形状の加工を行う孔抜き工程を有し、前記ブランク板材の前記発泡合成樹脂層を、発泡倍率が１．５倍以上１０倍以下で、板厚が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とし、該発泡合成樹脂層の両面に積層される前記アルミニウム板材のうちの一方面に配置される第１アルミニウム板材の引張強さを、他方面に配置される第２アルミニウム板材の引張強さよりも小さくしておき、前記孔抜き工程は、常温において、前記ブランク板材の前記第１アルミニウム板材側から前記第２アルミニウム板材側にかけて前記パンチを貫通させて行う。

アルミニウム樹脂複合積層板は、芯材である発泡合成樹脂層が設けられていることから、金属単体で形成された金属板を加工する場合に比べて、孔抜き加工を施すことが非常に難しい。つまり、芯材である発泡合成樹脂層が柔らかく、両面に配置されるアルミニウム板材（第１アルミニウム板材、第２アルミニウム板材）と発泡合成樹脂層との引張強さが異なることから、孔抜き工程時にパンチにより加えられる加圧力により、表面のアルミニウム板材が切断される前に発泡合成樹脂層が変形・縮小しやすく、この影響を表面のアルミニウム板材が受けることで、ダレやバリ等が発生するおそれがある。
この点、本発明の孔抜き加工方法においては、ブランク板材の両面に配置されるアルミニウム板材のうち、引張強さが小さい第１アルミニウム板材側から引張強さが大きい第２アルミニウム板材側にかけてパンチを貫通させて打ち抜くこととしており、発泡合成樹脂層の引張強さと近い、引張強さが小さい方の第１アルミニウム板材側から打ち抜くことで、発泡合成樹脂層に塑性変形を生じさせ難くでき、第１アルミニウム板材、発泡合成樹脂層、第２アルミニウム板材の切断タイミングを近接させることができる。したがって、加工開始面側の第１アルミニウム板材の表面に生じるダレや変形、加工終了面側の第２アルミニウム板材の表面に生じるバリ等の外観不良を抑制でき、アルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク板材の加工性を高めることができる。

本発明のアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法において、前記孔抜き工程は、前記押圧荷重を０．２ｋＮ以上１５ｋＮ以下で付与した状態で行うとよい。

ブランク板材の外周部をダイとブランクホルダーとの間に挟持して０．２ｋＮ以上１５ｋＮ以下の押圧荷重を付与した状態とすることで、ブランク板材の位置ずれを防止でき、ダレやバリ等の発生をさらに抑制できることから、小径サイズの孔形状の孔抜きや、円形孔以外の各種形状の孔抜きを良好に行うことができる。
なお、押圧荷重が０．２ｋＮ未満であると、ブランク板材の固定力が不十分となり、パンチが当接した際にブランク板材の位置がずれるおそれがある。また、押圧荷重の最大荷重が１５ｋＮを超える場合は、ブランク板材の挟持部分に凹みや変形を生じさせるおそれがある。

本発明のアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法において、前記ブランクホルダーの前記ダイと対向する固定面に、ショア硬度Ａ１５以上Ａ４５以下の低硬度ウレタンを設けておくとよい。

ブランクホルダーの固定面に低硬度ウレタンを設けておくことで、さらにブランク板材の位置ずれを防止するとともに、ブランク板材の挟持部分に傷や凹み等の発生を防止できる。
なお、ショア硬度がＡ１５未満であると、ブランク板材の固定力が不十分となり、ブランク板材の位置ずれが生じるおそれがある。また、ショア硬度がＡ４５を超えると、低硬度ウレタンが硬すぎて、ブランク板材に傷や凹み等を生じさせるおそれがある。

本発明のアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法において、前記パンチと前記ダイのダイ孔との間の片側クリアランスは、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内で設けられているとよい。

パンチとダイ孔との間の片側クリアランスが０．５ｍｍ未満では、片側クリアランスが小さ過ぎるため、二次せん断面やバリ、ダレ、変形が生じやすくなる。一方、片側クリアランスが１．５ｍｍを超える場合にも、片側クリアランスが大き過ぎるため、ダレやバリ、変形が生じ易くなる。

本発明によれば、アルミニウム樹脂複合積層板に孔形状を加工する場合にも、ダレやバリ等の外観不良が生じることを防止できる。

本発明の実施形態のアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法を説明するものであり、ブランク板材をプレス成形金型に設置した状態を示す断面図である。図１に示すプレス成形金型の断面図であり、図１の状態からパンチを移動させて、ブランク板材をパンチで打ち抜いた状態を説明するものである。

以下、本発明に係るアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法の実施形態を説明する。
本発明に用いられるアルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク板材１０は、図１に模式的に図示したように、発泡合成樹脂層１３の両面にそれぞれ引張強さが異なるアルミニウム板材１１，１２が積層された構成である。以下では、これらのアルミニウム板材１１，１２のうちの発泡合成樹脂層１３の一方面に配置されるアルミニウム板材を第１アルミニウム板材１１、他方面に配置され、第１アルミニウム板材１１よりも引張強さが小さいアルミニウム板材を第２アルミニウム板材１２とする。

ブランク板材１０を構成する発泡合成樹脂層１３は、発泡倍率１．５以上１０倍以下で板厚ｔ３が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とされる。発泡合成樹脂層１３の発泡倍率が１．５倍未満では制振性、遮音性、断熱性の面で不十分であり、逆に１０倍を超えると均一安定な発泡状態が得られなくなり、ブランク板材１０の加工において局部変形による割れ、しわなどの不具合を引き起こす。また発泡合成樹脂層１３の板厚ｔ３が１ｍｍ以下では制振性等の性能が不十分であるとともに、ブランク板材１０の成形加工が非常に困難となる。発泡合成樹脂層１３の板厚ｔ３が１０ｍｍを超えるとやはり成形加工が困難となり肌荒れなどの外観異常を引き起こしやすい。

具体的には、発泡合成樹脂層１３を形成する合成樹脂の種類は、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）のいずれかから選択して用いるのが良い。

第１アルミニウム板材１１は、引張強さが１００ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、耐力が８０ＭＰａ以上１８０ＭＰａ以下、伸びが３％以上２７％以下とされており、例えば、第１アルミニウム板材１１は、銅（Ｃｕ）を０．０１質量％以上０．０３質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなる。具体的には、日本工業規格（ＪＩＳ規格）の一部の１０００系アルミニウム（１０５０等）が該当する。

第２アルミニウム板材１２は、引張強さが１５０ＭＰａ以上６１０ＭＰａ以下、耐力が１２０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下、伸びが２．５％以上１８％以下とされ、引張強さが第１アルミニウム板材１１よりも１０ＭＰａ以上大きいものとされる。例えば、第２アルミニウム板材１２は、マグネシウムを１．５質量％以上１．８質量％以下、銅を０．０１質量％以下含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなる。具体的には、日本工業規格の一部の５０００系アルミニウム（５１５１等）が該当する。

また、第１アルミニウム板材１１の板厚ｔ１は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とされ、第２アルミニウム板材１２の板厚ｔ２は０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とされ、第１アルミニウム板材１１の板厚ｔ１の方が第２アルミニウム板材１２の板厚ｔ２よりも小さく設けられている
なお、第１アルミニウム板材１１と第２アルミニウム板材１２とは、上記の機械的性質を満たすものであれば、目的とされる三次元成形加工品の形状、それに伴う細部の加工度や外観特性、耐食性、その他の要求特性により、合金成分はこれに限定されるものではなく、また材料調質も適宜選定されうる。

このように構成される両アルミニウム板材１１，１２及び発泡合成樹脂層１３を積層してなるアルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク板材１０全体としては、引張強さが１５ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下、耐力が１０ＭＰａ以上１３０ＭＰａ以下、伸びが２．５％以上２７％以下であるとよく、安定したプレス加工品を成形することができる。

そして、アルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク板材１０は、発泡合成樹脂層１３、両アルミニウム板材１１，１２をそれぞれ用意し、これらを接着層を介して積層することにより、製造される。接着層は、芯材の発泡合成樹脂層１３の材質と同系の樹脂を主成分とするものを選定することが、必要な接着性を確保するうえで好ましい。例えば、芯材となる発泡合成樹脂層１３をポリプロピレンで構成する場合は、ポリプロピレンが主成分の接着剤等により接着層を構成することが好適である。この場合、両側のアルミニウム板材１１，１２と芯材である発泡合成樹脂層１３との密着性が増し、孔抜き加工時やその後の使用時においてアルミニウム板材１１，１２と発泡合成樹脂層１３との界面における剥離を抑制することができる。
そして、このような接着剤を発泡合成樹脂層１３の両面又は両アルミニウム板材１１，１２の片面に塗布し、両アルミニウム板材１１，１２の間に発泡合成樹脂層１３を挟み、これらをホットプレスやホットロールにより加圧・加熱することにより、発泡合成樹脂層１３の両面に接着層を介してアルミニウム板材１１，１２を一体に積層する。

（アルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法）
次に、このようにして得られたアルミニウム樹脂複合積層板のブランク板材１０に孔抜き加工を行うには、例えば図１及び図２に示すように、プレス用金型１０１を用いる。プレス用金型１０１は、形成する孔形状と略同形状のダイ孔２２を有するダイ２１と、ダイ孔２２と略同形状の貫通孔３２を有するブランクホルダー３１と、孔形状を打ち抜く柱状形状のパンチ４１とを備えるものである。なお、本実施形態では、円形孔を打ち抜くため、ダイ孔２２、貫通孔３２、パンチ４１のいずれも円形に設けられている。また、プレス用金型１０１のブランクホルダー３１には、ダイ２１とブランクホルダー３１との間に挟持されるブランク板材１０の外周部に押圧荷重を付与するためのスプリング３５が装着されている。

スプリング３５は、初期荷重が０．２ｋＮ以上で、最大荷重が１５ｋＮ以下に設けられるものであり、このスプリング３５により、ブランク板材１０の外周部をダイ２１とブランクホルダー３１との間で挟持した際に、ブランク板材１０の外周部に０．２ｋＮ以上１５ｋＮ以下の押圧荷重が付与されるようになっている。また、ブランクホルダー３１のダ
イ２１と対向する固定面には、ショア硬度Ａ１５以上Ａ４５以下の低硬度ウレタン３３が設けられており、挟持されたブランク板材１０の位置ずれが防止され、さらにブランク板材１０の表面に傷や凹み等の生じることを防止できる。低硬度ウレタン３３のショア硬度がＡ１５未満であると、ブランク板材１０の固定力が不十分となり、ブランク板材１０の位置ずれが生じるおそれがある。また、低硬度ウレタン３３のショア硬度がＡ４５を超えると、低硬度ウレタン３３が硬すぎて、ブランク板材１０に傷や凹み等を生じさせるおそれがある。なお、ショア硬度は、ＪＩＳ‐Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータを用いて測定した値である。

また、図１及び図２に示すように、パンチ４１とダイ２１のダイ孔２２との間の片側クリアランスｃ１は、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内で設けられている。なお、パンチ４１とダイ孔２２との間の片側クリアランスｃ１が０．５ｍｍ未満では、片側クリアランスｃ１が小さ過ぎるため、二次せん断面やバリ、ダレ、変形が生じやすくなる。一方、片側クリアランスｃ１が１．５ｍｍを超える場合にも、片側クリアランスｃ１が大き過ぎるため、ダレやバリ、変形が生じ易くなる。

そして、本実施形態の孔抜き加工方法では、このプレス用金型１０１を用いて、以下に説明する孔抜き工程を経て、ブランク板材１０の厚み方向に貫通する孔形状の加工を行う。
（孔抜き工程）
孔抜き工程は、常温（２５℃）で行う。まず、このプレス用金型１０１のダイ２１上に、第２アルミニウム板材１２を重ねるようにしてブランク板材１０を配置する。すなわち、発泡合成樹脂層１３の両面に積層されたアルミニウム板材１１，１２のうち、引張強さが小さい方の第１アルミニウム板材１１を加工開始面側のブランクホルダー３１に向けて配置し、引張強さが大きい方の第２アルミニウム板材１２を加工終了面側のダイ２１に向けて配置する。そして、ダイ２１上にブランク板材１０を配置した後、ブランクホルダー３１を下降移動させて、図１に示すように、ダイ２１とブランクホルダー３１とによりブランク板材１０の外周部を挟持した状態に保持する。この際、ブランク板材１０の外周部には、スプリング３５により０．２ｋＮ以上１５ｋＮ以下の押圧荷重が付与された状態となる。

次に、図２に示すように、ブランク板材１０の外周部を挟持して押圧荷重を付与した状態で、パンチ４１を下降移動させ、パンチ４１を第１アルミニウム板材１１側から第２アルミニウム板材１２側にかけて貫通させることで、孔形状１５を打ち抜く。この際、両面に配置されたアルミニウム板材１１，１２のうち、芯材である発泡合成樹脂層１３の引張強さと近い引張強さを有する第１アルミニウム板材１１を最初にパンチ４１と当接させて、引張強さの小さい第１アルミニウム板材１１側から引張強さの大きい第２アルミニウム板材１２側にかけてパンチ４１を貫通させることにしているので、発泡合成樹脂層１３に塑性変形を生じさせ難く、第１アルミニウム板材１１、発泡合成樹脂層１３、第２アルミニウム板材１２の切断タイミングを近接させることができる。したがって、加工開始面側の第１アルミニウム板材１１の表面に生じるダレや変形、加工終了面側の第２アルミニウム板材１２の表面に生じるバリ等の外観不良を抑制でき、アルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク板材１０の加工性を高めることができる。

なお、第２アルミニウム板材１２側から第１アルミニウム板材１１側にかけてパンチ４１を貫通させた場合には、引張強さの大きい第２アルミニウム板材１２は変形しにくいことから、第２アルミニウム板材１２が切断される前に、パンチ４１により第２アルミニウム板材１２を介して発泡合成樹脂層１３が変形・縮小等して塑性変形しやすく、この影響を第２アルミニウム板材１２や第１アルミニウム板材１１が受けることで、表面にダレやバリ等が発生するおそれがある。

また、孔抜き工程では、ブランク板材１０の外周部をダイ２１とブランクホルダー３１との間に挟持することで、ブランク板材１０の位置ずれを防止できるので、ダレやバリ等の発生をさらに抑制できる。したがって、小径サイズの孔形状の孔抜きや、円形孔以外の各種形状の孔抜きを良好に行うことができる。
なお、ブランクホルダー３１による押圧荷重が０．２ｋＮ未満であると、ブランク板材１０の固定力が不十分となり、パンチ４１が当接した際にブランク板材１０の位置がずれるおそれがある。また、ブランクホルダー３１の押圧荷重の最大荷重が１５ｋＮを超える場合は、ブランク板材１０の挟持部分に凹みや変形を生じさせるおそれがある。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

表１に示す発泡合成樹脂層、第１アルミニウム板材、第２アルミニウム板材を用いてアルミニウム樹脂複合積層板を製造し、このアルミニウム樹脂複合積層板からなるブランク板材に、直径１０ｍｍの円形孔を孔抜き加工した。なお、発泡合成樹脂層の樹脂の種類の「ＰＰ」はポリプロピレン、「ＰＥ」はポリエチレン、「ＰＣ」はポリカーボネートを表す。また、各ブランク板材への孔抜き加工は、表１に示す条件で行った。なお、第１アルミニウム板材と第２アルミニウム板材の引張強さは、ＪＩＳ‐Ｚ２２４１の５号試験片を作製して引張試験を行い測定した。

そして、孔抜き工程後の各ブランク板材を観察し、表２に示す評価項目（寸法精度、孔周囲の凹み、孔の変形、ダレ、バリ、反り、二次せん断面）の評価を行った。「寸法精度」は、寸法公差が±１０μｍ以内であった場合を「◎」、寸法公差が±１０μｍ以内には入らないが±５０μｍ以内であった場合を「○」、寸法公差が±５０μｍ以内には入らないが±１００μｍ以内であった場合を「△」、寸法公差が±１００μｍ以内から外れた場合を「×」と評価した。また、「孔周囲の凹み」、「孔の変形」、「ダレ」、「バリ」、「反り」は、ハロゲンライトをかざして（ハロゲンライト下）の目視検査にて確認できない場合を「◎」、ハロゲンライト下では目視で確認できるが白色灯下では目視で確認できない場合を「○」とし、さらに白色灯下では目視で確認できるが通常光の下で目視確認できない、又はごくわずかに確認できる場合を「△」、通常光の下でも目視で明瞭に確認できる場合を「×」とした。また、これらの評価項目の全てが「○」以上であり、かつ「◎」が３個以上の場合を「Ａ」とし、評価項目の全てが「○」以上であり、かつ「◎」が１個又は２個の場合を「Ｂ」、評価項目の全てが「△」以下であり、かつ「△」が３個以上の場合を「Ｃ」、評価項目の全てが「△」以下であり、かつ「△」が１個又は２個の場合を「Ｄ」として判定を行った。

表２からわかるように、実施例のＮｏ．１〜１１では、外観不良がなく、寸法精度に優れた孔形状を加工でき、良好な加工性を示している。これに対して、比較例のＮｏ．１２〜２０では、孔周囲の凹み、孔の変形、ダレ、バリ、反りのいずれかの発生が認められ、十分な寸法精度が得られず、加工性が低下することがわかる。

１０アルミニウム樹脂複合積層板のブランク板材
１１第１アルミニウム板材
１２第２アルミニウム板材
１３発泡合成樹脂層
１５孔形状
１０１プレス用金型
２１ダイ
２２ダイ孔
３１ブランクホルダー
３２貫通孔
３３低硬度ウレタン
３５スプリング
４１パンチ

Claims

発泡合成樹脂層の両面にアルミニウム板材が積層されてなるアルミニウム樹脂複合積層板のブランク板材の外周部をダイとブランクホルダーとの間に挟持して押圧荷重を付与した状態で、該ブランク板材の厚み方向にパンチを貫通させて孔形状の加工を行う孔抜き工程を有し、
前記ブランク板材の前記発泡合成樹脂層を、発泡倍率が１．５倍以上１０倍以下で、板厚が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とし、該発泡合成樹脂層の両面に積層される前記アルミニウム板材のうちの一方面に配置される第１アルミニウム板材の引張強さを、他方面に配置される第２アルミニウム板材の引張強さよりも小さくしておき、
前記孔抜き工程は、常温において、前記ブランク板材の前記第１アルミニウム板材側から前記第２アルミニウム板材側にかけて前記パンチを貫通させて行うことを特徴とするアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法。
前記孔抜き工程は、前記押圧荷重を０．２ｋＮ以上１５ｋＮ以下で付与した状態で行うことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法。
前記ブランクホルダーの前記ダイと対向する固定面に、ショア硬度Ａ１５以上Ａ４５以下の低硬度ウレタンを設けておくことを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法。
前記パンチと前記ダイのダイ孔との間の片側クリアランスは、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内で設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアルミニウム樹脂複合積層板の孔抜き加工方法。