(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定金型に対して可動金型を変位した位置に設定し、前記固定金型及び前記可動金型に形材を押し通して曲げ加工する際、前記可動金型の理論動作量Ｍｔ  に対する実行動作量Ｍａ  の比Ｍａ  ／Ｍｔ  で表される補正係数Ｃを次式で算出し、算出された補正係数に基づいて前記可動金型の動作量を決定することを特徴とする形材の曲げ加工方法。
Ｃ＝｛Ａ×（Ｚ×σ０．２  ）＋０．３｝×１０−３×Ｒ＋Ｂ
ただし、Ａ：（８〜１１）×１０−６の範囲にある係数
Ｂ：３．０〜３．６の範囲にある定数
Ｚ：形材断面における引張り側と圧縮側の断面係数の平均値（ｍｍ３  ）
σ０．２  ：引張り試験における０．２％耐力（ｋｇｆ／ｍｍ２  ）
Ｒ：曲率半径（ｍｍ）
【請求項２】
請求項１記載の補正係数Ｃを使用し、形材を二次元的又は三次元的に曲げ成形する形材の曲げ加工方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法で曲げ加工された形材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車，車両等のフレーム材や建築用部材として使用されるアルミ合金押出し形材等の形材を押し通し曲げにより二次元又は三次元的に曲げ加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミ押出し形材等の長尺形材を曲げ加工する方法には、回転引き曲げや金型を使用した押し通し曲げ等がある。押し通し曲げでは、図１に示すように固定金型に対して上下左右動及び回転可能に配置した可動金型を使用する。形材を固定金型に押し通し、固定金型から突出した形材の突出部を可動金型で拘束した状態で固定金型に対する形材の押し通しを継続すると、固定金型に対する可動金型の位置関係から定まる曲率で形材が曲げ加工される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この押し通し曲げは、一般的な引き曲げ等に比較して曲げ半径Ｒが大きい。したがって、加工度が小さく、加工された形材の内部に弾性歪みが多量に発生する。弾性歪みは、可動金型を通過した後の形材が元の形状に復元しようとするスプリングバックの原因となる。しかも、スプリングバックは、種々の加工条件によって複雑に変化し、定量的に把握できていない。そのため、目標形状に形材を成形することが困難なことから、多数の試行錯誤を繰り返すことによって目標形状を得ているのが実情である。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、目標とする曲げ形状を得るためのスプリングバック量を予測し、この予測値を取り込んで可動金型の移動量を曲げ装置に入力データとして与えることにより、試行錯誤の回数を大幅に減らし、効率的に且つ高精度で曲げ加工を行うことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の曲げ加工方法は、その目的を達成するため、固定金型に対して可動金型を変位した位置に設定し、前記固定金型及び前記可動金型に形材を押し通して曲げ加工する際、前記可動金型の理論動作量Ｍｔ  に対する実行動作量Ｍａ  の比Ｍａ  ／Ｍｔ  で表される補正係数Ｃを次式で算出し、算出された補正係数に基づいて前記可動金型の動作量を決定することを特徴とする。この方法は、形材の二次元的又は三次元的な曲げ成形に適用される。
Ｃ＝｛Ａ×（Ｚ×σ０．２  ）＋０．３｝×１０−３×Ｒ＋Ｂ
ただし、Ａ：（８〜１１）×１０−６の範囲にある係数
Ｂ：３．０〜３．６の範囲にある定数
Ｚ：形材断面における引張り側と圧縮側の断面係数の平均値（ｍｍ３  ）
σ０．２  ：引張り試験における０．２％耐力（ｋｇｆ／ｍｍ２  ）
Ｒ：曲率半径（ｍｍ）
【０００５】
スプリングバック量に影響する因子には、材料の０．２％耐力（σ０．２  ），断面係数（Ｚ）及び曲げ半径（Ｒ）が掲げられる。本発明者等は、各因子についてスプリングバックとの関係を実験によって明らかにし、その実験結果からスプリングバックを定量的に予測できる前述の関係式を導き出した。この関係式に従うとき、多数の試行錯誤を繰り返す必要なく、２回程度のテストで誤差範囲に収まる加工が可能になる。
【０００６】
【実施例】
実施例１：（スプリングバック量予測式の導出過程）
材料特性を表１に示したアルミ押出し形材を使用して、種々の曲率半径で曲げ加工し、スプリングバック量を測定した。
【０００７】
0003591066.tif 000002
【０００８】
各曲率半径ごとに金型動作量（図１参照）との関係を調査したところ、図２に黒丸で示す金型動作量Ｍａ  が必要であった。なお、図２の白丸は、スプリングバックのないことを前提にして算出した可動金型の理論動作量Ｍｔ  であり、理論動作量Ｍｔ  に対する実効金型動作量Ｍａ  の比Ｍａ  ／Ｍｔ  が補正係数Ｃとなる。なお、可動金型の回転角θは、可動金型の動作位置において形材の軸線と直交する角度に設定して加工を行う。また、図２では、試料１についての調査結果を表したが、他の試料２〜４も同様な関係を示した。
そこで、図２の結果に基づき各試料について曲率半径Ｒと補正係数Ｃとの関係を調査したところ、両者の間に図３に示す関係が成立していた。すなわち、補正係数Ｃは、次式（１）の一次関数で曲率半径Ｒから求められることが判った。
Ｃ＝α×Ｒ＋Ｂ                ・・・・（１）
ただし、α：図３の各試料ごとの直線の傾き
Ｒ：曲率半径
Ｂ：直線と横軸との交点であり、３．２８を中間点とし３〜３．６の範囲にある。
【０００９】
図３にみられるように、各試料ごとに直線の傾きαが異なる。その理由としては、形材の断面係数Ｚ及び０．２％耐力σ０．２  が掲げられる。断面係数Ｚは、形材断面における引張り側と圧縮側の断面係数の平均値で表される。そこで、試料１〜４について、直線の傾きαとＺ×σ０．２  との関係を求めたところ、図４に示す結果が得られた。
図４も直線関係であることから、直線の傾きαは、次式（２）の一次関数で表されることが判った。
α＝｛Ａ×（Ｚ×σ０．２  ）＋Ｄ｝×１０−３    ・・・・（２）
ただし、Ａ：図４の直線の傾きを示し、９．５×１０−６を中間点とし（８〜１１）×１０−６の範囲にある。
Ｚ：断面係数
σ０．２  ：０．２％耐力（ｋｇｆ／ｍｍ２  ）
Ｄ：直線と横軸との交点（＝０．３）
式（２）を式（１）に代入すると、式（３）が得られる。
Ｃ＝｛Ａ×（Ｚ×σ０．２  ）＋０．３｝×１０−３×Ｒ＋Ｂ  ・・・・（３）
このようにして求められた補正係数Ｃを使用し、目標曲率半径Ｒを得るために必要な可動金型の実行動作量Ｍａ  を決定する。この実行動作量Ｍａ  で形材を曲げ加工すると、後述する実施例に示されているように高精度の曲げ加工が可能となる。
【００１０】
実施例２：（角筒状形材の曲げ加工）
表１に掲げた試料１〜４から図５に示すサイズ及び形状をもつ角筒状形材を作製し、各種目標曲げ半径で曲げ加工した。このときのＡ値，Ｂ値及び補正係数Ｃを表２に示す。なお、表２以降では、×１０−６を省略してＡ値を表現した。また、表２に示した試料番号において、ハイフンの前の数値は表１に掲げた試料番号を、ハイフンの後の数値は各試料に関する個々の条件ごとの番号を示す。
【００１１】
0003591066.tif 000003
【００１２】
各試料１−１〜４〜３について、それぞれ１０本の形材を曲げ加工したあと、曲げ部の曲率を測定した。測定結果を、各１０本の試験片中目標値に対して最大の誤差を生じたものを最大曲率半径Ｒｍａｘ  ，最少曲率半径Ｒｍｉｎ  として表３に示した。また、目標曲げ半径とＲｍａｘ  ，Ｒｍｉｎ  との差の目標曲げ半径に対する百分率（％）で誤差を表した。
【００１３】
0003591066.tif 000004
【００１４】
表２及び表３から明らかなように、補正係数を取り込んで曲げ加工するとき、加工後の形材形状を目標形状に誤差１４％以内の高精度で一致させることができた。特に、Ａ値，Ｂ値，補正係数Ｃとして中間値を採用して曲げ加工の条件を設定したものでは、目標形状に対して数％の誤差，具体的には６．５％程度の誤差で曲げ加工することが可能になった。
【００１５】
実施例３：（円筒状形材の曲げ加工）
引張り強さσＢ  ＝１７．５ｋｇｆ／ｍｍ２  及び０．２％耐力σ０．２  ＝８．５ｋｇｆ／ｍｍ２  のアルミ合金ＪＩＳ  Ａ６Ｎ０１で図６にサイズ及び形状を示す円筒状の形材を作製し、表４の条件下で曲げ加工した。なお、曲げ加工では、各条件ごとに１０本を試験した。
【００１６】
0003591066.tif 000005
【００１７】
曲げ加工後の形状を実施例２と同様に測定した結果を、表５に示す。曲げ加工後の形材は、表５にみられるように極めて高い寸法精度をもつものであった。
【００１８】
0003591066.tif 000006
【００１９】
実施例４：（チャンネル材の曲げ加工）
引張り強さσＢ  ＝１７．５ｋｇｆ／ｍｍ２  及び０．２％耐力σ０．２  ＝８．５ｋｇｆ／ｍｍ２  のアルミ合金ＪＩＳ  Ａ６Ｎｏ１で図７にサイズ及び形状を示すチャンネル材を作製し、表６の条件下で曲げ加工した。なお、曲げ加工では、各条件ごとに１０本を試験した。
【００２０】
0003591066.tif 000007
【００２１】
曲げ加工後の形状を実施例２と同様に測定した結果を示す表７にみられるように、曲げ加工後の形材は、曲げ半径方向に関して断面積が大きく変化する形状であるにも拘らず、高い寸法精度をもつものであった。
【００２２】
0003591066.tif 000008
【００２３】
実施例５：（角筒状形材の二点曲げ）
試料１の材料で図８に示すサイズ及び形状の角筒状形材を作製し、表８に示すＡ，Ｂ及びＣの各条件下でＲ１  部及びＲ２  部の曲げ方向及び曲率半径が異なる加工を連続して行った。この場合も、各条件ごとに１０本の試験片を曲げ加工した。
【００２４】
0003591066.tif 000009
【００２５】
曲げ加工された形材の形状は、実施例２の場合と同様にして求めた結果を示した表９にみられるように寸法精度が高いものであった。
【００２６】
0003591066.tif 000010
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に従った曲げ加工においては、本発明者等が実験結果から求めた補正係数及び定数を取り込んで加工条件を設定し、固定金型に対する可動金型の変位量を定めることにより、回転引き曲げ等に比較して曲げ半径が大きな曲げ半径で加工する押し通し曲げにおいても、スプリングバックに起因した誤差要因を解消し、寸法精度よく曲げ加工することが可能になる。このようにして得られた曲げ加工製品は、自動車用スペースフレーム，車両用フレーム，建築用部材等として広範囲な分野で使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】通し曲げ加工の説明図
【図２】曲率半径と可動金型動作量との関係を示すグラフ
【図３】曲率半径と補正係数Ｃとの関係を示すグラフ
【図４】図３の直線の傾きαとＺ×σ０．２  との関係を示すグラフ
【図５】実施例２で曲げ加工した角筒状形材の斜視図
【図６】実施例３で曲げ加工した円筒状形材の斜視図
【図７】実施例４で曲げ加工したチャンネル材の斜視図
【図８】実施例５で二点曲げ加工した角筒状形材の斜視図
【図１】
0003591066.tif 000011
【図２】
0003591066.tif 000012
【図３】
0003591066.tif 000013
【図４】
0003591066.tif 000014
【図５】
0003591066.tif 000015
【図６】
0003591066.tif 000016
【図７】
0003591066.tif 000017
【図８】
0003591066.tif 000018