(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ字形状のポンチとＶ字形状のダイスとからなり、該ポンチが中央部と両外側部に分割され、該中央部が外側部に対し上下に可動し、ポンチの先端部に凸形状の段差部形成を可能としたアルミニウム板のＶ曲げ加工用工具。
【請求項２】
凸形状の段差部の高さａをアルミニウム板の板厚の０．５〜１０％、長さｂを板厚の１〜３倍又はＶ曲げ先端の板のＲ部周長の１〜３倍とする請求項１に記載のアルミニウム板のＶ曲げ加工用工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、自動車部品、建材、家電品、その他一般用途のアルミニウム板のＶ曲げ加工方法及びそれに使用する工具に関し、特に合金系材料及び厚板材の曲げ限界の向上と曲げ加工の際発生するスプリングバック及び鞍反り等の形状性の問題を解決するようにした、Ｖ曲げ加工方法及びそれに使用する工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウム板のＶ曲げ成形は、室温（０〜３５℃）で、プレスにＶポンチとＶダイスを取り付けた、曲げ用金型又はシャーベンダー等にＶポンチとＶダイスを取り付けた曲げ用金型を用いて、このＶポンチとＶダイスの間にアルミニウム板を挟み、ＶダイスへＶポンチを押し込むことによりアルミニウム板を曲げ加工していた。また文献には加熱下でＶ曲げ加工する方法も記載されているが、実際には殆ど行なわれていない。
このＶ曲げ加工方法を図４に示す。図において１はＶ字形状のポンチ、２はＶ字形状のダイスである。曲げ加工しようとするアルミニウム板３をポンチとダイスの間に配置し（図４（１））、ポンチをダイスのＶ字形状部に押し込んでアルミニウム板をＶ曲げ成形にする（図４（２））。
【０００３】
得られた曲げ加工品はそれ単体か別の部品と溶接、接着、嵌合又はボルト締め等によって組み合わされて使用されるが、曲げ後のスプリングバック、鞍反り等の形状性が悪いとねじれたり目的の形状が得られなかったり、さらには形状があまり悪いと組立てができないという問題が生じる。このため曲げ成形品の高い精度が求められている。スプリングバックは図５に示すように成形品３１のＶ字形が広がるように起る場合（＋）と狭くなるように起る場合（−）がある。また鞍反りは図６に示すように成形品の端部が盛り上がる現象で、図６のｈによりその度合が現される。
そこで、一般には曲げ加工時に発生するスプリングバック対策として、金型の設計の際に前もってスプリングバック量を金型に見込んで目的の曲げ角度が得られるように設計する方法がとられている。
また、スプリングバックの軽減方法として先端部分に丸い突起を設けたポンチを用いて曲げ加工と同時に先端部分の板厚を減少させる底突き法が用いられる場合もある。（「アルミニウム加工技術便覧」（日刊工業新聞社  昭和４５年３月５日発行））この底突きポンチを図７（１）に示す。図７（２）は先端部の拡大図で１４が突起である。これを用いて曲げ加工した成形品を図８に示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｖ曲げの際発生するスプリングバックは板材の強度、特に耐力に左右され、アルミニウム合金の種類や板厚等により変化するため、合金の種類や板厚が変化した際にはスプリングバック量のコントロールができにくい。
また、高強度の材料程、曲げＲ（アール）を大きくしないと割れが生じ易く、強度の高い材料はシャープな曲げ形状が得られにくいという欠点があった。さらに、鞍反りに対してもＶ曲げと同時に抑制できにくいという問題があった。
金型の設計の際に前もってスプリングバック量を金型に見込んでおく従来の方法ではアルミニウム板は鋼板等に較べスプリングバック量が２〜３倍、あるいはそれ以上と大きく、合金の種類を変更したり、強度（耐力）の異なる材料に適用した場合には目的の曲げ角度が得られ難く、金型の設計での見込みが難しいという問題があった。
【０００５】
また、底突き法は曲げ角度に対して戻り量が大きい（スプリングバックがプラス）場合の軽減方法として有効であるが、底突き量が少な過ぎる場合には効果が不十分となり易く、多過ぎると逆に目的の曲げ角度よりも内側に曲げすぎる（図５のスプリングバックがマイナス）という問題があり、底突き法だけではスプリングバック量をコントロールするのは難しいばかりでなく、底突き法では曲げ先端部分で張出しが局部的に強くなるために破断が起り易くなり、曲げ限界が低下するために曲げ性の劣る合金系材料には適用できないという問題があり、さらに曲げ成形品の先端部外側が膨れ（図８の３４）、形状が崩れると共に型あたりによる筋状の打痕（同３３）や光沢むら（同３２）が付く等外観上好ましくない等の問題があった。
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、Ｖ曲げ限界に優れ、スプリングバックと鞍反りの発生が少ない形状性に優れた曲げ成形品を得ることが可能なアルミニウム（合金を含む）板のＶ曲げ加工方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前述の課題を解決するべく、創意実験、検討を重ねた結果、Ｖ曲げ加工方法において、Ｖ曲げ金型のポンチとして先端部が特定形状のポンチを用い、アルミニウム板を加熱した状態でＶ曲げ加工し、ポンチ先端部とダイスに挟まれた部分の板厚減少率を所定値にコントロールすることによって、Ｖ曲げ限界の向上と曲げ後のスプリングバック及び鞍反り量を従来の加工方法よりも大幅に減少させ得ることを見いだし、この発明を成すに至った。
即ち、本発明は相対するＶ字形状のポンチとＶ字形状のダイスとの間にアルミニウム板を挟み、ポンチをダイス内に押し込むことによるアルミニウム板のＶ曲げ加工法において、アルミニウム板を１５０〜３５０℃に加熱し、かつポンチの先端部に凸形状の段差部１３を設け、該段差部の高さａをアルミニウム板の板厚の０．５〜１０％、長さｂを板厚の１〜３倍又はＶ曲げ先端の板のＲ部の周長の１〜３倍としたことを特徴とするアルミニウム板のＶ曲げ加工法である。
【０００７】
この場合アルミニウム板の加熱はポンチとダイスの少なくとも一方に加熱装置が内蔵され、アルミニウム板をポンチとダイスの間に挟んで保持し、上記温度にすることが好ましい。
Ｖ曲げ加工に用いられる本発明の工具の一つはＶ字形状のポンチとＶ字形状のダイスとからなり、該ポンチが中央部と両外側部に分割され、該中央部が外側部に対し上下に可動し、ポンチの先端部に凸形状の段差部形成を可能としたアルミニウム板のＶ曲げ加工用工具である。そして凸形状の段差部は上記した高さａ及び長さｂと同じくすることができる。
【０００８】
以下本発明のアルミニウム板のＶ曲げ加工条件、その限定理由等について詳しく説明する。
曲げ限界は一般に、被加工材の伸びが大きい材料程良く、純アルミニウム以外の合金系材料は何れも曲げ限界が大きく劣り、特に被加工材の板厚が増す程Ｒがゼロのようなシャープな曲げ形状は得られ難い。この場合曲げ加工する際に例えば加熱した金型によりアルミニウム板を所定の温度に加熱保持した後にＶ曲げ加工することはシャープな曲げ形状にする上でも有効である。
即ち、金型内で板材を高温に加熱することにより、材料の強度が低くなると共に伸びが向上し、軟らかくなった状態でＶ曲げ加工すれば曲げ限界が向上し、強度の高い合金板材でも割れ等の欠陥が生ぜず曲げが可能となり、よりシャープな曲げ形状を得ることができる。
【０００９】
本発明において加熱する温度範囲を限定するのは、アルミニウム材料は純アルミニウム系、合金系にかかわらず加熱温度によって特性値が変化して温度が高くなる程引張強さと耐力が低下すると共に伸びは増加し材料が軟化して曲げ加工がし易くなる特性があるが、温度が１５０℃未満では室温とあまり伸びが変化せず、Ｖ曲げ限界が向上せず、曲げ加工の際に割れが発生したり、スプリングバック、鞍反り量の変化に対しても効果がない。また、アルミニウム板の温度を３５０℃より高くしても曲げ限界、スプリングバック、鞍反り等の曲げ特性がそれ以上向上せず、逆に金型温度を高くするための大容量の加熱装置が必要になり金型費が高くなると共に、高温のためにハンドリングがしにくくなったり、被加工材及び金型にカジリが発生し易く、このカジリを防止するために潤滑剤を使用した場合、曲げ加工後の脱脂が困難になる等の問題が生じる。従ってアルミニウム板の曲げ加工の温度は１５０〜３５０℃が適し、望ましくは２００〜３００℃である。
【００１０】
金型の加熱方法としてはポンチ、ダイス等の金型に棒状電気ヒーターを組み込むか、加熱された液体を金型に通し加熱する方法、またはバーナー等で直に金型を加熱しても良いが、金型の温度のコントロールのできる装置を組み込んだものが好ましい。
尚、本発明のＶ曲げ加工方法はアルミニウム材料であれば何れの合金にも適用できるが、特に５０００系のＡＬ−Ｍｇ系合金の軟質材に対して効果が大きい。また、Ｈ１８テンパー材等に対しても適用できる。
加熱されることにより被加工材のアルミニウム板が軟らかくなるため、曲げ加工に要する押し付け力が小さくて済み、室温に較べ現有設備でより厚板の曲げ加工も可能となり、曲げ加工の適用板厚範囲が拡大する等の効果もある。
【００１１】
被加工材であるアルミニウム板の加熱の保持時間としては、曲げ加工時の被加工材の加熱温度を安定させるためにアルミニウム板をポンチとダイスの間に挟んで、加熱する際には保持時間が足らないと被加工材の温度が金型の設定温度に到達しない恐れがるため、金型内で３０秒以上保持した後曲げ加工するのが望ましい。
Ｈ１８テンパー材の曲げ加工は材料の回復が十分行われる２５０℃以上の温度で、かつ成形速度として１００ｍｍ／ｍｉｎ以下で曲げ加工するのが望ましい。この条件を外れて被加工材料の温度が低かったり、加工速度が早すぎる場合は効果が減少し曲げ限界が向上しない恐れがある。
【００１２】
本発明のＶ曲げ加工に使用されるポンチは図１，２に示するように先端部が凸形状の段差部１３となっている。この段差の高さａは曲げ加工するアルミニウム板の板厚の０．５〜１０％である。このポンチを用いてＶ曲げ加工を行なうと段差に相当する部分のアルミニウム板は板厚が０．５〜１０％減少することになる。従ってａは板厚減少率と同じである。
この板厚減少率が０．５％未満ではアルミニウム板の温度が１５０〜３５０℃の範囲に加熱されていれば曲げ限界が向上するもののスプリングバック及び鞍反りが室温と変わらず抑制に対しての効果が不十分である。また、板厚減少率が１０％を超えると曲げ限界の向上、スプリングバック、鞍反りの抑制に対して十分な効果が得られるものの、板厚減少に伴って曲げ方向や幅方向に材料がはみ出す等の問題が生じ、目的とする形状が得られない恐れがある。従って板厚減少率、換言すればａの範囲は板厚の０．５〜１０％が適当である。
【００１３】
ポンチの凸形状の段差部は図１，２に示すようにポンチの先端から両側に対称に設けられ、その片側の長さｂは被加工材であるアルミニウム板の板厚の１〜３倍又は板の曲げ先端のＲ部分の周長の１〜３倍である。このＲ部分の周長は板が厚くなる程長くなる。
段差部の長さｂを板厚又は前記周長の１〜３倍とするのは、スプリングバック、鞍反りの防止と共に曲げの圧縮変形に伴う、内側への盛り上がりを防止し、別部品と溶接、接着、嵌合等の組み合わせする際の精度を向上させる等のためである。
しかし１倍未満では底突き法と同じで曲げ先端部分が局部的なはみ出しにより張出しが強くなるために破断が起り易くなったり、はみ出しにより形状が崩れると共に、型あたりによる筋状の打痕が付く等外観上好ましくない等の問題が生じる。
さらに３倍を超えると逆に別部品との組み合わせする際、すき間ができ易い等の問題が生じる。従って、凸形状の段差部の長さは被加工材の板厚の１〜３倍又は曲げＲ部分の周長の１〜３倍が適する。
【００１４】
本発明において使用されるポンチは図２に示すように凸形状の段差部とポンチが一体に構成されても良いが、図１のように分割型とすることができる。図１において１１はポンチの外側部、１２は中央部である。そして中央部は外側部に対し上下に可動可能に構成されている。この構成によれば段差部の高さａを被加工材の材質や厚み等に応じて変動させることができる。尚、図１においてダイス２、そのＶ字形状２１は従来のものと変りがない。これらのポンチとダイスが組み合わされて本発明のアルミニウム板のＶ曲げ加工用工具となる。
【００１５】
この分割型ポンチの使用法方法は予め先端部を所定の段差部に固定し、これを図２と同様に使用しても良く、また段差部を設けない状態でＶ曲げを開始し、曲げ終了直前に所定の段差部になるよう中央部のポンチを突出させることもできる。この曲げ終了直前に突出させることにより外側先端部分へ板厚減少分の材料を流動できるので曲げ外側形状がよりシャープなものが得られる等の効果がある。
【００１６】
【実施例】
試験片としては表１に示す３種のアルミニウム合金を用いた。この試験片の常温及び温間特性を表２に示す。
【表１】
0003544401.tif 000002
【００１７】
【表２】
0003544401.tif 000003
【００１８】
［実施例１〜３０、比較例１〜１７］
曲げ試験に供した試験片は幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、板厚５ｍｍである。この試験片を用い、図１に示すダイス及びポンチにより先端の凸形状の段差部のａ及びｂを表３，４のように変化させてＶ曲げ試験を行なった。ポンチ及びダイスのＶ字形状の角度は９０°、先端のＲはゼロとした。Ｖ曲げ操作は先ず加熱されたＶ字形のダイス上に試験片を載せた後、加熱されたポンチを接触させ、わずかに曲げて挟んだ状態で試験片を加熱し、１分間保持して試験片の温度を表３，４に示す温度とした。試験片の各温度の制御は金型（ポンチ及びダイス）にヒーターを組み込み、金型の温度を変えることにより行なった。潤滑剤は石鹸水溶液にＭｏＳ２  を混入させたものを試験片に塗布し乾燥後使用した。試験片が所定の温度に達したところで、図４（２）と同じようにポンチを押し込み、Ｖ曲げを行なった。この時の成形速度は１００ｍｍ／ｍｉｍである。Ｖ曲げ終了後、金型より取り出した試験片の形状を図３に、試験結果を表３，４に示す。
【００１９】
［比較例１８〜２９］
図７に示す底突きポンチを用い、他は実施例と同様にして試験片ＢのＶ曲げ試験を行なった。試験の条件及び結果を表５に示す。
表における○，△，×による評価は以下に基づくものである。
曲げ性は割れの有無により評価した。
割れのなかったもの；○
微細な割れがあるもの；△
大きな割れがあるもの；×
スプリングバックはポンチ、ダイスの角度９０°に対する曲げ成形品の開き角度を評価した。
９０°±０．５°以内のもの；○
±０．６以上のもの；×
鞍反りは幅方向の中央部分と両端の肩部分との段差（凹量）ｈの大きさで評価した。
板厚の０〜７％以下を○
それ以上のものを×とした
型離れ、変形性は曲げ加工後、金型から成形品を取り出す際の難易度を評価した。
型への付着なく簡単に取れ、曲りもない；○
型へ付着し、取り出しの際成形品が変形する；×
外観は曲げ部分の表面の様子を目視により観察評価した。
割れ、はみ出し、打痕等が目立たなく奇麗なもの；○
割れ、はみ出し、打痕等があり外観上好ましくないもの；×
【００２０】
【表３】
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【００２１】
【表４】
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【００２２】
【表５】
0003544401.tif 000006
【００２３】
表３より明らかなように、本発明方法による、Ｎｏ．１〜３０の曲げ条件では、何れも被加工材の加熱温度が１５０〜３５０℃の範囲にあり、かつ凸形状の段差部のａ，ｂも本発明の範囲内となっており、曲げ限界、スプリングバック、鞍反り、型離れ変形等に優れているのがわかる。
これに較べ、表４の比較例に示したＮｏ．１，４，８の条件のものは室温のため、曲げ限界が劣ると共にスプリングバック、鞍反り等も劣っている。
比較例のＮｏ．２，６，９の条件のものは、いずれも被加工材の加熱温度は本発明範囲の１５０〜３５０℃の範囲であるがポンチに凸形状段差がないため、スプリングバック、鞍反り等が劣っている。
比較例のＮｏ．３，７，１０の条件のものは、被加工材の加熱温度は３５０〜４００℃と高く、曲げ限界には優れるが段差ａの値が１０％を超えるため、曲げ終了後、成形品が金型へ密着し、取り出す際に変形し易い等の問題がある。
比較例のＮｏ．７，１１の条件では、被加工材の加熱温度が４００℃と高いので曲げ限界に優れ、かつポンチに凸形状の段差がないため、型離れ変形等には優れるがスプリングバック、鞍反り性が劣っている。
【００２４】
比較例１２，１４，１６のものは凸形状の段差の長さｂの値が小さ過ぎるためスプリングバック、鞍反り性が改善されず効果が不十分であり、また比較例１３，１５，１７のものは段差の長さｂが大き過ぎるため型離れ変形等が劣っている。
表５には底突き法の比較例を示した。比較例１８，２２，２６は室温曲げのため破断している。また比較例の２４，２７，２８は加熱しているにもかかわらず底突き量の増加により張出し量が増えたため破断している。
【００２５】
比較例の１９〜２１の条件では曲げ性は優れているが底突き量が少ないためにスプリングバックが改善されず劣っている。また比較例の２４，２５，２９は曲げ性は優れているが底突き量が多いため、スプリングバックがマイナス側に大きくなり目標の曲げ角度が得られない。さらに底突き量の多い比較例の２２〜２９の条件では曲げ外側先端部がはみ出し外観上好ましくない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のアルミニウム板のＶ曲げ加工方法は、曲げ限界とスプリングバック、鞍反りに優れ、かつ型離れ変形等の問題もなくアルミニウム板のＶ曲げ加工方法として極めて優れた効果を有する。特にアルミニウム板の板厚が厚いものをＲがゼロのようなシャープな曲げ形状とすることが可能となった。またＶ曲げ加工に分割型のポンチを使用すれば先端の凸形状の段差をアルミニウム板の種類、曲げ温度等に応じて調整でき極めて好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用されるポンチとダイスの一例を示す断面図である。
【図２】本発明に使用されるポンチの他の例を示す断面図である。
【図３】本発明によりＶ曲げ加工された被加工材の断面図である。
【図４】一般的なＶ曲げ加工方法を示す断面図で（１）は加工開始前の状態、（２）は加工終了の状態を示す断面図である。
【図５】加工後のスプリングバックを示す断面図である。
【図６】加工後の鞍そり状態を示す斜視図である。
【図７】（１）は従来のポンチの一例を示す断面図であり、（２）はその先端部の拡大図である。
【図８】図７のポンチを用いて加工された被加工材の斜視図である。
【符号の説明】
１  ポンチ
１１  ポンチ外側部
１２  ポンチ中央部
１３  段差部
１４  突起
２  ダイス
３  被加工材（Ｖ曲げ前）
３１  被加工材（Ｖ曲げ後）                                            ３２  光沢むら
３３  筋状の打痕
３４  はみ出し
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003544401.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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