(57)【要約】【課題】予備成形を必要とせず、簡便に所定の形状を得ることができる曲げ加工装置を提供する。【解決手段】パンチの先端部が、曲げ加工後に板材の曲げ稜線を挟んだ垂直面と水平面とを併せて押圧する逆Ｌ字形の切欠きを有し、該切欠き部の内側が板材の曲げ稜線方向に沿って、10％以上の軟質部分を有する加工装置とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のダイ部と、被処理板材を押える板材押えと、ダイ部から突出た板材を押圧するパンチとを具える曲げ加工装置において、
上記パンチの先端部が、曲げ加工後に板材の曲げ稜線を挟んだ垂直面と水平面とを併せて押圧する逆Ｌ字形の切欠きを有し、該切欠き部の内側が板材の曲げ稜線方向に沿って、10％以上の軟質部分を有することを特徴とする板材の曲げ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパンチを具える曲げ加工装置を用いて、板厚：0.3〜1.0mmの金属板または金属を含む複合材からなる板材を折り曲げるに際し、
上記板材の曲げ稜線に接する上記パンチの軟質部分の長さを、該稜線長さの10％以上として、該稜線を挟んだ垂直面と水平面との両面を同時に押圧し、該板材内側の曲率半径を0.1mm以下で、かつ曲げ角度を直角とすることを特徴とする板材の曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板または金属を含む複合材からなる板材の曲げ加工装置およびその装置を用いた曲げ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電、機械業界などでは、金属材(多くは鋼材)の軽量化や素材のコスト低減などに対する活動が、各社で展開されている。
ここで、軽量化という点から考えると、板材部品の薄肉化に伴い、強度が高い金属板の加工技術の向上が望まれている。しかしながら、ハイテン材などでは降伏点が高いため、降伏点が低い材料に比べて、塑性変形し難く、相対的には弾性変形しやすいため、成形プレスの除荷後に、板材の変形が初期形状に戻りやすい。これは、いわゆるスプリングバックと呼ばれている現象で、最終部品や、製品の形状が、狙いの形状に対して大きくずれてしまう問題として、板材の板厚や材料が変更されるたびに顕在化する。
【０００３】
スプリングバックの対策については、解析による予測や操業の改善によるアプローチがなされているものの、詳細な応力ひずみ曲線の取得や、材質、板厚のバラツキまで考慮した検討が必要となるために、現場で事前に予測し、操業条件等を適正化するのは困難である。
【０００４】
また、仮に、適正化できたにしても、多種の条件で操業する際には、頻繁かつ詳細に設備の設定を変更する必要があって、条件変更に多くの時間を消費することとなり、効率的な操業が阻害されてしまう。
従って、一般に、絞り加工や曲げ加工では、薄肉化や高強度材への変更に伴って、寸法精度の確保が難しくなる傾向がある。
このような現状から、スプリングバックの抑制や、曲げ加工部の疲労強度の向上など、さまざまな特性、および加工技術の向上が要求されている。これらの現状に対し、以下に述べるような技術情報が公開されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、SUS304製のばね材など、伸びがそれほど大きくない材料を用いて、鋼板の小肩半径曲げ部を形成するに当たり、目標肩半径よりも大きな肩半径の曲げ部品を有する曲げ加工品を形成した後、所定の角度をなす固定２壁に、前記予備曲げ加工品の両側の未加工部外面を当接させた状態のまま、前記予備曲げ加工の両側端を曲げ部方向に押圧することにより、曲げ部に目標の小肩半径を付与する、という鋼板の曲げ加工方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７２９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、予備成形が必要となるため、加工工数が増加し、そのための加工コストの上昇が避けられなかった。
【０００８】
本発明は、上記した現状に鑑み開発されたもので、予備成形を必要とせず、簡便に所定の形状を得ることができる曲げ加工装置およびその装置を用いた加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．金属製のダイ部と、被処理板材を押える板材押えと、ダイ部から突出た板材を押圧するパンチとを具える曲げ加工装置において、
上記パンチの先端部が、曲げ加工後に板材の曲げ稜線を挟んだ垂直面と水平面とを併せて押圧する逆Ｌ字形の切欠きを有し、該切欠き部の内側が板材の曲げ稜線方向に沿って、10％以上の軟質部分を有することを特徴とする板材の曲げ加工装置。
【００１０】
２．前記１に記載のパンチを具える曲げ加工装置を用いて、板厚：0.3〜1.0mmの金属板または金属を含む複合材からなる板材を折り曲げるに際し、
上記板材の曲げ稜線に接する上記パンチの軟質部分の長さを、該稜線長さの10％以上として、該稜線を挟んだ垂直面と水平面との両面を同時に押圧し、該板材内側の曲率半径を0.1mm以下で、かつ曲げ角度を直角とすることを特徴とする板材の曲げ加工方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、稜線部分での塑性変形を効果的に促す機構としているため、加工後の形状を適切に保持することができる。また、本発明では、多種の寸法や強度の材料が混在する条件下においても、金属製のダイ部分に設けた軟質部分において材料との馴染みが良好なため、容易に所定の形状を得ることができる。さらに、多種の条件を混在させながら操業する場合であっても、条件変更に必要な時間が少なくて済むという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】(a)および(b)は、本発明に従う曲げ加工装置の概略を表す図である。
【図２】(a)〜(d)は、本発明に従う曲げ加工装置のパンチ部の詳細を表す図である。
【図３】ゴム適用領域とゴム適用領域が0％の場合を基準とした時の加工後最大誤差の比との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を用いて、本発明を具体的に説明する。
本発明に用いる曲げ加工装置は、図１(a)および(b)に示すように、金属製のダイ部と、被処理板材を押える板材押えと、ダイ部から突出た板材を押圧するパンチとを具えると共に、板材(試料)の加工後の表面の折り目（曲げ稜線）を境として、片側を、上下にダイ及びパッドを配置して加工前に挟圧し、他方の側を、パンチにて抑圧して折り曲げる機能を有するものである。なお、図中、１は試料（板材）、２はダイ、３は押さえ板(パッド)、４はパンチ、６はガイドプレート及び７はシャフ卜である。
【００１４】
本発明では、図２(a)〜(d)に示すように、上記パンチの先端部が、曲げ加工後に板材の曲げ稜線を挟んだ垂直面と水平面とを併せて押圧する逆Ｌ字形の切欠きを有し、さらに、この切欠き部の内側が、板材の曲げ稜線方向に沿って、上記パンチの両端を含む稜線全長（Ａ）の10％以上の軟質部分を有している。この際の軟質部分の比率は、以下の式（１）に従うことで求めることができる。従って、本発明に従う装置は、式（１）の右辺が10以上になれば良い。なお、図中、なお、図中、１は試料（板材）、２はダイ、３は押さえ板(パッド)、４はパンチ、５はゴム（軟質部分）、６はガイドプレート及び７はシャフ卜である。
軟質部分の比率  ＝  ｛（Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３）／Ａ｝×100・・・（１）
但し、Ａは、パンチの有効長、Ｂ１、Ｂ２乃至Ｂｎ（ｎは整数）は、板材に接する軟質部分のそれぞれの長さを示す。
すなわち、一般式は、
軟質部分の比率  ＝  ｛（ΣＢｎ）／Ａ１｝×100・・・（１）
となる。
【００１５】
また、ゴムの貼り付け領域（パンチ部）の稜線方向、奥行き方向、厚みのそれぞれの寸法について記す。
稜線方向の長さは、最小値として板厚の２〜３倍程度以上あれば良いが、貼り付ける部材の形状が小さい場合には、金型への取り付けが難しくなるため、稜線方向及びパンチ端面と垂直方向のそれぞれの一辺が10〜100mm程度のものが扱いやすい。また、奥行き方向の長さは、板厚の10倍程度が必要で、20〜50mm程度が使いやすい。厚みは、１〜20mm、また肩Ｒとしては、角度を付与せず水平とする方法や、１〜５mmr程度とする方法が考えられる。１mmr程度以下として、肩Ｒが、あまりに小さい場合には、割れが発生しやすくなり好ましくない。
図２(b)〜(d)には、ゴムの貼り付け方を３通り示しているが、重要なことは、曲げ加工のコーナー部外側を、軟質部分である例えばゴムと接触する構造とすることであり、かかる構造とすることにより、本発明で意図する所定の性能を得ることが出来る。
【００１６】
ここで、本発明の軟質部分に用いられる軟質材は、硬度で、JIS-K6253 記載のタイプＡもしくはＤタイプであって、デュプロメータによる測定値にて20〜100程度のものが好ましく、具体的には、金型用の天然ゴムやウレタンゴムなどが適している。また、ポリウレタンなども好ましい。
【００１７】
また、上記軟質材は、折り曲げ加工後の板材と対する逆L字状の切欠き形状になる面に貼り付けられ、加工終了時のコーナー相当部を抑圧する。そして、稜線方向位置では、前記形態となる部分が少なくとも製品の両端を含む稜線全長の10％以上となるように配置している。
というのは、10％以上の軟質部分を、上記のようにパンチに貼り付けると、軟質部分の無い部分における試料は、金型になじみ難いものの、軟質部分の有る部分においては金型になじみ易くなる。その結果、軟質部分の有る部分、無い部分の両部分において、加工特性に相違が生じる。すなわち、双方の相違により、不連続になっている部分において、塑性変形が残りやすくなるので、この作用を利用するとスプリングバックを抑制することが可能となる。
【００１８】
本発明における軟質部分の大きさは、適宜変更することができるが、厚みは１〜20
mm程度、幅は10〜100mm程度が好ましい。また、稜線長さに設定する数としては、１箇所〜10箇所程度が適当である。
【００１９】
次に、本発明に従う板材の曲げ加工方法について説明する。
本発明で、対象とする被処理板材は、板厚：0.3〜1.0mmの金属板または金属を含む複合材からなる板材である。スプリングバックが大きい板厚だからである。
【００２０】
本発明では、上記板材を曲げる際の曲げ稜線に接するパンチの軟質部分の長さを、稜線長さの10％以上とすることに特徴がある。
上記条件を満足しつつ、稜線を挟んだ垂直面と水平面との両面を同時に押圧し、さらに板材内側の曲率半径を0.1mm以下で、かつ曲げ角度を直角とすることで、本発明における板材の曲げ加工が達成される。
ここに、曲げ稜線の長さに対するパンチの軟質部分の長さの比率は、前掲した式（１）に従うことで求めることができる。従って、本発明に従う方法は、式（１）の右辺が10以上になれば良い。なお、本発明における直角とは、90度から鈍角側に３度以内を指す。
【００２１】
本発明は、金型部分に加工が施されているため、通常の加工と比較しても、上掲特許文献１に記載されたような追加工の必要がなく、作業能率の低下を引起こす不利がないという利点もある。
従って、本発明によれば、曲げ加工のダイの一部に軟質材料を適用していることで、工程数を増やすことなく、加工の寸法精度を容易に確保できるようになり、従来の手法に対して生産性、加工精度の両方を同時に向上させることができる。
【００２２】
なお、上述した以外の曲げ加工装置の構成部品、例えば、油圧ポンプの容量や、金属製のダイの材質、寸法などは、従来公知の装置を用いることができる。また、パンチの加圧力や降下速度等の上述した以外の曲げ加工条件は、従来公知の加工条件を用いることができる。
【実施例】
【００２３】
表１に示す加工条件下において曲げ試験を実施した。装置の概要を図１に、曲げ試験の結果を表２にそれぞれ示す。
曲げ角度の狙いは、加工後の両端面の角度を測定し平均して表した。曲げ角度は、０に近いほど良好である。ゴム貼り付け領域は、前掲式（１）で定量化した。ゴムの特性(ヤング率)は、通常100MPa以下であるが、ここでは50MPaの材料を用い、厚み分布は２mmとし、その稜線への分割は両端と中央部の３箇所に均等な配置とした。
【００２４】
素材には、ここに記した特性(降伏強度)を持つ、それぞれの板厚の鋼板を用いた。ブランク材の大きさは、400×1000mmとし、折り曲げる辺は、切欠き部の長辺側とし、短辺側の中央部での曲げる加工とした。また、クリアランスは0.2mmで一定とし、金型工具面とゴム面の位置を揃え、加工後はゴム下面が折曲げ部を押圧するようにして成形した。
【００２５】
【表１】
2013226586.tif 000003
【００２６】
【表２】
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【００２７】
以下、結果について説明する。
条件番号13，17及び21は板厚が1.0mmで、ゴムは適用されておらず、いわゆる従来からの操業を想定した条件となっている。材料の降伏点が190〜440MPaと大きくなるに従い、加工後の角度は0.79度から1.16度にまで増大した。
一方、条件番号１，５及び９では、前記条件に対し、板厚が0.3mmと薄い板材である。これらの条件においては、やはり降伏点が上昇すると加工後の寸法誤差も大きくなって、その程度は板厚が１mmの場合よりもさらに悪化し、降伏強度が440MPaの場合には、4.46度と特に大きな角度になり成形が難しくなった。
従って、これら板厚、材料の降伏強度に対する加工後の最大誤差の傾向は、板厚が薄い場合、降伏強度が高い場合に、悪化する傾向であることが確認された。
【００２８】
次に、ゴム適用の効果について述べる。条件２，６，10，14，18及び22は、ゴムを、稜線の長さの９％にわたって適用している。この条件でも、やはり、材料が薄いほど、また降伏点が高いほど、加工後の最大誤差(角度)は上昇する。しかしながら、前記条件１，５，９，13，17及び21の時よりは、加工後の最大誤差の絶対値は小さくなる傾向が確認された。
これらの結果に対して、条件３，７，11，15，19及び23並びに４，８，12，16，20及び24は、それぞれゴム適用領域の長さが10％、20％と大きくした。これらの条件下では、いずれも加工後の最大誤差を2.5度以下に出来ることが分かる。
【００２９】
また、ゴム適用領域を10％以上とすると、板厚：0.3mmの場合は、降伏強度に関わらず、ゴム適用領域が0%の場合を基準とした時の加工後最大誤差の比を0.7以下にできる。さらに、板厚：１mmの場合は、降伏強度に関わらず上記比を0.85以下にできることが分かる。  
【００３０】
図３は、表２を整理したグラフである。同図より、従来条件のうち基準としてゴムの適用がない場合の加工後の角度を分母とし、それぞれの加工後の角度を分子として比較すると、本発明に従う条件においては、ここに挙げたいずれの材料条件においても、その形状、すなわちスプリングバック量を確実に改善することが出来ており、操業の自由度及び加工精度を飛躍的に向上することが出来ていることが分かる。
【００３１】
また、詳述はしないが、試料折り曲げ部の稜線の長さや、直行する辺の長さが変更された場合、あるいはパンチコーナー部の曲率半径が小さい場合であっても、本発明に従う加工方法によれば、寸法精度の改善効果が確認できる。
本発明の効果が確認された素材の寸法条件を表３に示す。なお、素材の材質は、低炭材、ステンレス鋼、アルミ及びこれらを積層させた複合材をそれぞれ使用した。
【００３２】
【表３】
2013226586.tif 000005
【００３３】
同表に示したように、低炭材、ステンレス鋼、アルミ、及びこれらを積層させた複合材においても、同効果を確認することが出来た。
【００３４】
さらに、一般鋼材のみならず合金系の鋼材及びクロム系ステンレス鋼、ニッケル系ステンレス鋼などの金属材、及びこれらを積層させた複合材においても、また、ゴムの代わりに、所定特性を持つポリウレタンを用いた場合でも同様の効果を得られることを確認している。
【符号の説明】
【００３５】
１  試料（板材）
２  ダイ
３  押さえ板(パッド)
４  パンチ
５  ゴム（軟質部分）
６  ガイドプレート
７  シャフ卜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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