氏名　Seksan Chaijit
学位の種類　博士（工学）
学位記番号　博甲第477号
学位授与の日付　平成20年8月31日
学位論文題目　Combination Effect of Center Bevel Blade and Underlay on Cutting Processability of Aluminum Sheet　（アルミニウム板の押抜加工性能に及ぼすくさび刃と下敷の組合効果）
論文審査委員
　主査　准教授　永澤　茂
　副査　教授　福澤　康
　副査　教授　古口　日出男
　副査　教授　東　信彦
　副査　教授　田辺　郁男

• 論文目次
• 論文要旨
• 論文審査の結果の要旨

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TABLE OF CONTENTS
CHAPTER 1　Introduction　p.13
　1.1　Motivation　p.15
　1.2　Fundameatal Cutting Mechanism of Wedge Indentation　p.19
　1.3　Problem Statement　p.24
　1.4　Research Objectives and Scope　p.27
　1.4.1　Research Objectives　p.27
　1.4.2　Scope and Limitations　p.27
　1.5　Organization　p.28
CHAPTER 2　Effect of Blade Tip Profile on Cutting Processability　p.31
　2.1　Introduction　p.33
　2.2　Experimental Method and Specimen　p.38
　2.2.1　Material Properties of Worksheet　p.38
　2.2.2　The Trapezoidal Bevel Blade　p.39
　2.2.3　Experiment Method　p.40
　2.2.4　Friction Condition　p.41
　2.3　Simulation Method　p.42
　2.3.1　FEM Model and it conditions　p.42
　2.3.2　p.44
　2.4　Results and Discussion　p.47
　2.4.1　Cutting Resistance with Respect to Tip Thickness　p.47
　2.4.2　Deformation Mode on The Final Stage Cutting　p.55
　2.4.3　Workability of Separation　p.57
　2.4.4　Detaching Condition on an Edge of Cutting Blade　p.60
　2.4.5　Frictional Effect on the Load Response and Detached Condition　p.64
　2.4.6　Stress Distribution in the Necking Zone on the Final Stage　p.66
　2.4.7　Critical Indentation Depth of the Detached Condition　p.69
　2.5　Summary　p.71
CHAPTER 3　Effect of Hardness Combination on The Cutting Tools　p.73
　3.1　Introduction　p.75
　3.2　Evaluation of Plastic Resistance Conbination　p.78
　3.3　Experiment and Simulation Method　p.81
　3.3.1　Experiment Method and material combonation　p.81
　3.3.2　FEM Simulation Condition　p.83
　3.3.3　Deformed Profile and Measurement　p.84
　3.4　Initial Contact Deformation of The Tools　p.85
　3.5　Deformation of The Tools at High Line Force　p.89
　3.6　Crushed tip profile with respect ot Crushed Tip Thickness　p.96
　3.7　Crushed tip angle with respect ot Crushed Tip Thickness　p.98
　3.8　Summary　p.102
CHAPTER 4　Effect of Underlay Rigidity　p.103
　4.1　Introduction　p.105
　4.2　Experimental Discussions　p.107
　4.2.1　Material properties of worksheet and underlay sheet　p.107
　4.2.2　Experimental Method　p.108
　4.2.3　Experimental Results　p.110
　4.3　FEM Simulation Model　p.112
　4.4　Simulation Results　p.114
　4.4.1　Effect of Yielding Stress　p.114
　4.4.2　Effect of Young's Modulus　p.123
　4.4.3　Effect of Underlay Thickness　p.126
　4.4.4　Analytical Deformation Feature　p.128
　4.5　Summary　p.129
CHAPTER 5　Conclusions and Recommendations　p.131
　5.1　Conclusions　p.131
　5.1.1　Effect of Cutting Tip Profile on Cutting Processability　p.131
　5.1.2　Hardness Combination of a Blade and an Underlay　p.132
　5.1.3　Appropriate Rigidity of An Underlay　p.133
　5.2　Recommendations　p.133
APPENDIX A : Input file of FEM simulation　p.135
APPENDIX B : List of Achivements　p.139
Bibliography　p.141

A cutting method in which a center bevel blade indented to a worksheet material that mounted on a cutting plate or an underlay is widely used for the pattern die cutting of laminated resin sheet, labels, ductile metal thin film and other similar materials. The cutting method is recently noticed for cutting various shapes of precision electronics parts such as lead-frames, metal foils, insulation thin films on LSI chips, LCD panel protecting films and so on. It is necessary to serve a product quality and also maintain a service life of the cutting tool on a cutting process. Problems that affect the cutting profile of the worksheet to be inferior in quality and the separation limit are mainly caused by crushing of the blade tip and the contact fighting deformation of the underlay. However, the cutting performance of a crushed tip and the critical condition for cutting off a worksheet were not investigated in the past. In the present study, therefore, the effect of the mechanical properties of blade and underlay for cutting off a thin aluminum sheet was experimentally and numerically investigated in order to reveal a cutting processability and find an estimation method for cutting off the thin sheet. This study firstly investigates cutting the processability of trapezoidal blade and detaching phenomena on a wedged surface of an aluminum sheet. Regarding the processability of trapezoidal blade cutting, the following was experimentally revealed: the probability of separation depends on the ratio of tip thickness by the sheet thickness w/t and the statistical transition zone was found for w/t=0.13-0.28. From the Finite Element Method （FEM） analysis, it was found that there were the detaching phenomena between the bevel surface of a blade and the sheared surface of a worksheet, and the phenomena occurred at for all the range of w/t. The upper bound depth of detaching phenomena in the complete open and the lower bound of depth of detaching phenomena in an open start position were found. Secondly, this study proposes a theoretical model based on the hardness combination of a blade and an underlay. A yielding line force ratio ? of the blade with the underlay was introduced for describing the contact deformation of the blade with the underlay. The contact deformation of those was characterized with the mechanical properties and the geometrical parameters. It was confirmed that there have allowable and suitable combination of tool hardness for protecting the blade edge and the cutting profiles of the worksheet. Appropriate hardness combination for selecting the tools materials was recommend for ??1.0. Finally, this study estimates the mechanically critical conditions of underlay for cutting off an aluminum foil sheet. The cutting deformation of a thin aluminum worksheet was investigated using several flexible underlays. The cutting condition was classified with three kinds of deformation mode: the hard, the mixture, and the floating mode. The separation performance was improved with appropriately underlay rigidity and the worst condition was caused due to the floating mode. Through the FEM analysis, the upper bound rigidity of underlay and the lower bound rigidity of underlay were found. Using the proposed estimation model, a thin sheet cutting with various underlays was synthetically characterized.

本論文は、「Combination Effect of Center Bevel Blade and Underlay on Cutting Processability of Aluminum Sheet （アルミニウム板の押抜加工性能に及ぼすくさび刃と下敷の組合せ効果）」と題し、5章より構成されている。
　第1章「Introduction （緒論）」では、主な加工製品と加工用平盤機や回転型抜機の運用と薄板材の精密押抜加工技術に関する従来の研究の概要を示すとともに、本研究の目的と範囲を述べている。
　第2章「Effect of Blade Tip Profile on Cutting Processability （切断性能に関する刃先形状の影響）」では、板厚約0.4mmのアルミニウム板に対して先端が台形状に潰れた42°くさび刃を用いて押し抜くときの切断変形特性を明らかにすることを目的として、刃先幅 w と板厚 t の比 w/t を広範囲に変えて切断限界における詳細な様子を実験的に解析した。これによってくさび刃よる板材の切離し限界が w/t = 0.13～0.28 の範囲で確率的に遷移することを明らかにした。またw/t = 0.1~0.6 の範囲で弾塑性有限要素モデルを用いて数値的に解析することにより、刃面と加工材との接触域の変化と消失現象を明らかにした。これより薄板材の押抜きによる切断性能限界を工具条件から明らかにして、後述する第4章における新しい工法のための基礎を示した。
　第3章「Effect of Hardness Combination on the Cutting Tools （切断工具における硬さの組合せ効果）」では、くさび刃と対向する工具面板とのかみ合わせにおける刃潰れならびに面板の損傷変形について、機械的条件による影響を明らかにすることを目的とし、くさび刃と面板の両方に対して弾塑性有限要素モデルを用いて数値的にモデル化し、相互接触変形の特徴について解析を行うとともに実験的に検証を行った。これによって軟質な切刃でも適正な条件で使うことにより、良好な切断性能を呈する条件があることを解析的に明らかにした。また、基本的な支配因子を明らかにするため、すべり線場理論に基づく降伏応力と幾何学係数による評価式を提案している。これらの結果から、適正な硬さの組合せを設計する指針を示した。
　第4章「Effect of Underlay Rigidity （下敷き剛性の影響）」においては、第2章と第3章で示された限界性能を改善し、w/t> 0.3 の極薄板を切り離す工具機構を解明することを目的として、42°くさび刃に対して柔軟な下敷材を用いた切断実験ならびに弾塑性有限要素法による数値解析を行っている。この結果、10μm のアルミニウム箔に対する切断状態を（1）くさび押込、（2）沈降による板曲げとくさび押込の混合、（3）浮き上がり変形、の3つに分類できることを明らかにした。板材の切断限界条件に関して、下敷材に対する被加工材の剛性や変形抵抗の比率を使って下限界と上限界が存在することを明らかにした。これによって柔軟な下敷材を用いた現実的な加工条件を提示できるようになった。
　第5章「結論」では本研究で得られた成果を総括している。このように本研究は、薄板の押抜加工限界の理論的または実験的性能に関して多くの新しい知見を与えている。
　よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認める。