JP2006255770A - 金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 曲げ加工した金属板の内側表面に生じることのある、微小で鋭い凹凸の発生を抑制し、疲労特性に優れた曲げ加工部をもつ部品を成形するのに適した、金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法を提供する。
【解決手段】 パンチ２を、ダイ３に対して、クリアランスＣをとってスライドさせ、間に金属板１を挟んで曲げ加工を行うに際し、金属板１の曲げの外側に位置する側のパンチ２の角に転動可能に備えた、ロール又はボール６を、金属板１の曲げの外側から、曲げの内側に向けて、押し付けつつ、金属板１の曲げ加工を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法に関し、特に、自動車の足廻り部品などに必要な、疲労特性に優れた曲げ加工部をもつ部品を、金属板を曲げ加工して成形するのに適した、金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法に関するものである。

自動車、鉄道車両などの部品は、金属板を曲げ加工して成形される場合が少なくない。曲げ加工部は、自動車の足廻り部品などに実際に用いられた際に繰り返し荷重が作用すると、形状的に応力集中しやすいため、疲労破壊しやすい。
特に、引張強さにして５４０ＭＰａ以上の高強度の金属板を、４ｍｍ以下の小さな曲率半径で曲げ加工した場合、曲げ加工した金属板の内側表面には、微小で鋭い凹凸が生じている場合が少なくなく、その状態で繰り返し荷重が作用すると、凹部に応力が集中して亀裂の発生の起点となるため、同部にて疲労強度が低下する。

近年、部品の軽量化のために高強度の金属板を用いることが多くなり、曲げ加工部の疲労強度の低下が問題となってきた。
従来の金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法を、図６（ａ）（ｂ）に示す。パンチ２、ダイ３の２つの型のうち、一方の型（この場合はパンチ２の方）を、もう一方の型（この場合はダイ３の方）に対して、クリアランスＣをとって、矢印の方向に移動してスライドさせ、間に金属板１を挟んで曲げ加工を行う。

この場合は、パンチ２の方を、ダイ３に対して移動してスライドさせたが、ダイ３の方を、パンチ２に対して移動してスライドさせる場合もある。
金属板１を押さえておくのには、例えば、この場合は、パッド４で金属板１をダイ３との間で挟んでおくようにしているが、金属板１の端を何かに固定しておくなど、その他の方法による場合もある。

このような従来の金属板の曲げ加工装置および方法により曲げ加工を行うと、それにともなって金属板１には図６（ｂ）のように引張の力Ａが作用するため、離型後、引張の残留応力が金属板内に残存する。
疲労強度の低下を抑制する方法として、例えば、特許文献１には、所望の曲げ形状よりも５〜１０％余計に曲げた後に、逆曲げし、所望の曲げ形状になっても逆曲げを継続し、所望の形状よりも５〜１０％余計に逆曲げする方法が開示されている。

また、特許文献２には、エッジ部から所定距離隔てた位置でエッジ部に沿って局部加熱することによって残留応力を低減する方法が開示されている。
さらに、特許文献３では、パンチと、肩部の曲率半径が、曲げ加工される鋼板の板厚の２倍以上のダイと、を用いて、クリアランスを鋼板の板厚の１．０２倍以下として曲げ加工する方法が開示されている。

これらの方法では、曲げ加工部に生じた残留応力を緩和することで、疲労強度の向上を図ろうとしている。
特開平８−１７４０８０号公報 特開平１１−６１２４３号公報 特開２００２−３１６２１５号公報

しかしながら、特許文献１および２の方法では、曲げ加工に加え、曲げ加工部に生じた残留応力を緩和するための特別な処理（逆曲げ、加熱）を行う必要があり、能率が低下するとともにコスト高になる。
そのため、実際上、これらの方法は採用が困難であった。
また、特許文献３の方法では、特別な処理を行う必要はないものの、小さな曲率半径で曲げ加工した場合に、曲げ加工した金属板の内側表面に生じる微小で鋭い凹凸の発生を抑制するのは困難であった。

本発明は、曲げ加工した金属板の内側表面に生じることのある、微小で鋭い凹凸の発生を抑制し、疲労特性に優れた曲げ加工部をもつ部品を成形するのに適した、金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために鋭意研究した結果、発明者は、ロール又はボールで金属板をダイの丸み部分に押し付けながら順次なじませて曲げていくことにより、曲げ加工した金属板の内側表面に生じることのある、微小で鋭い凹凸の発生を抑制できるという知見を得た。
本発明は、このような知見に基づき完成された金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法に関するものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）２つの型を有し、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライド可能に配置するとともに、一方の型の角に転動可能にロール又はボールを備えたことを特徴とする金属板の曲げ加工装置。
（２）２つの型を有し、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライド可能に配置するとともに、一方の型の角に、型の外側に向け付勢され、かつ、型の内側に向けスライド可能なカムを備え、該カムに、転動可能にロール又はボールを備えたことを特徴とする金属板の曲げ加工装置。
（３）２つの型のうち、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライドさせ、間に金属板を挟んで曲げ加工を行うに際し、前記２つの型のうち、前記金属板の曲げの外側に位置する側の型の角に転動可能に備えた、ロール又はボールを、前記金属板の曲げの外側から、曲げの内側に向けて、押し付けつつ、前記金属板の曲げ加工を行うことを特徴とする金属板の曲げ加工方法。
（４）２つの型のうち、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライドさせ、間に金属板を挟んで曲げ加工を行うに際し、前記２つの型のうち、前記金属板の曲げの外側に位置する側の型の角に備えた、曲げの外側にスライド可能なカムに、転動可能に備えた、ロール又はボールを、前記金属板の曲げの外側から、曲げの内側に向けて、付勢しつつ、前記金属板の曲げ加工を行うことを特徴とする金属板の曲げ加工方法。

本発明によれば、曲げ加工した金属板の内側表面に生じることがある、微小で鋭い凹凸の発生を抑制し、疲労特性に優れた曲げ加工部をもつ部品を成形するのに適した、金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法を提供できる。

（第一の実施の形態）
まず、本発明の金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法の第一の実施の形態を、図1にて説明する。
１は金属板である。２、３はともに金属板１を曲げ加工するための型である。４はパッドである。

パンチ２、ダイ３の２つの型のうち、一方の型（この場合はパンチ２の方）を、もう一方の型（この場合はダイ３の方）に対して、クリアランスＣをとって、矢印の方向に移動してスライドさせ、間に金属板１を挟んで曲げ加工を行う。
この場合は、パンチ２の方を、ダイ３に対して移動してスライドさせたが、ダイ３の方を、パンチ２に対して移動してスライドさせる場合もある。

金属板１を押さえておくのには、例えば、この場合は、パッド４で金属板１をダイ３との間で挟んでおくようにしているが、金属板１の端を何かに固定しておくなど、その他の方法による場合もある。
第一の本発明は、上記のように、２つの型を有し、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライド可能に配置するとともに、一方の型の角に転動可能にロール又はボールを備えたことを特徴とする金属板の曲げ加工装置である。

以下に、上記第一の本発明の金属板の曲げ加工装置の動作について説明する。
金属板1をセットした後、ダイ３とパッド４で金属板1を押さえ、パンチ２を下降させることで、ロール（又はボール）６を金属板１に当接する。そのロール（又はボール）６は、曲げの外側に位置する側の型であるパンチ２内に転動可能に備えられており、それらロール（又はボール）６ごと、パンチ２を下降させる（過程１）。

パンチ２を下降させると、金属板１がダイ３の肩部３’の丸みに押し付けられながら曲げられ、このとき、ロール（又はボール）６は、金属板１の曲げ加工されつつある曲げ加工部Ｂに沿ってわずかずつ周回しながら金属板１をダイ３の肩部３’の丸みに沿うように徐々に押し付ける（過程２）。
さらに、パンチ２を下降させて金属板１がダイ３の形状に沿うように曲げられて加工が完了する（過程３）。

金属板１はロール（又はボール）６でダイ３の肩部の丸み３’に押し付けられながら順次曲げられるため、金属板１の内側表面は縮むことがほとんどなく、その結果、曲げ加工部Ｂの内側表面では、微小で鋭い凹凸の発生が抑制される。亀裂の発生の起点となる微小で鋭い凹凸の発生が抑制されるため、成形後の金属板１は、疲労強度が向上する。また、曲げ加工中、ロール（又はボール）６とダイ３に挟まれている金属板１には、板厚方向全域に渡って圧縮応力Ｄが発生するので、離型後、引張の残留応力が金属板１内に残存して作用する影響は著しく軽減され、このことも疲労特性の向上につながる。
（第二の実施の形態）
次に、本発明の金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法の第二の実施の形態を、図２にて説明する。

１は金属板である。２、３はともに金属板１を曲げ加工するための型である。４はパッドである。
パンチ２、ダイ３の２つの型のうち、一方の型（この場合はパンチ２の方）を、もう一方の型（この場合はダイ３の方）に対して、クリアランスＣをとって、矢印の方向に移動してスライドさせ、間に金属板１を挟んで曲げ加工を行う。

この場合は、パンチ２の方を、ダイ３に対して移動してスライドさせたが、ダイ３の方を、パンチ２に対して移動してスライドさせる場合もある。
金属板１を押さえておくのには、例えば、この場合は、パッド４で金属板１をダイ３との間で挟んでおくようにしているが、金属板１の端を何かに固定しておくなど、その他の方法による場合もある。

５はカムであり、パンチ２の角に、パンチ２の内側に向けスライド可能になっている。６はロール（又はボール）であり、カム５に転動可能に備えられている。
第二の本発明は、上記のように、２つの型を有し、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライド可能に配置するとともに、一方の型の角に、型の外側に向け付勢され、かつ、型の内側に向けスライド可能なカムを備え、該カムに、転動可能にロール又はボールを備えたことを特徴とする金属板の曲げ加工装置である。

以下に、上記第二の本発明の金属板の曲げ加工装置の動作について説明する。
金属板1をセットした後、ダイ３とパッド４で金属板1を押さえ、パンチ２を下降させることで、ロール（又はボール）６を金属板１に当接する。そのロール（又はボール）６は、曲げの外側に位置する側の型であるパンチ２の角に設けられたカム５内に転動可能に備えられており、それらロール（又はボール）６とカム５ごと、パンチ２を下降させる。このとき、バネ７を介してパンチ２と繋がっているカム５は、パンチ２の角に、パンチ２の外側に向け付勢されている（過程１）。

パンチ２を下降させると、金属板１がダイ３の肩部の丸み３’に押し付けられながら曲げられ、このとき、ロール（又はボール）６とカム５はパンチ２の内側に向けスライドし、ロール（又はボール）６は、金属板１の曲げ加工されつつある曲げ加工部に沿ってわずかずつ周回しながら金属板１をダイ３の肩部の丸みに沿うように徐々に押し付ける（過程２）。

さらに、パンチ２を下降させて金属板１がダイ３の形状に沿うように曲げられて加工が完了する（過程３）。
金属板１はロール（又はボール）６でダイ３の肩部の丸み３’に押し付けられながら順次曲げられるため、金属板１の内側表面は縮むことがほとんどなく、その結果、曲げ加工部Ｂの内側表面では、微小で鋭い凹凸の発生が抑制される。亀裂の発生の起点となる微小で鋭い凹凸の発生が抑制されるため、成形後の金属板１は、疲労強度が向上する。また、曲げ加工中、ロール（又はボール）６とダイ３に挟まれている金属板１には、板厚方向全域に渡って圧縮応力Ｄが発生するので、離型後、引張の残留応力が金属板１内に残存して作用する影響は著しく軽減され、このことも疲労特性の向上につながる。

供試材として板厚３.２mmの引張強さ７８０MPaの高強度鋼板を用いた。この鋼板から幅５０ｍｍ、長さ１２０ｍｍの短冊材を採取し、Ｌ形の曲げ加工試験を行なった。図３に曲げ加工試験で使用した金型を示す。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態１、２のものである。ダイ３の肩部の丸み３’の曲率半径は４ｍｍ、ロール６の半径は４ｍｍとした。

また、比較例として一般的なＬ形の曲げ加工試験も行なった。図６が比較例で使用した金型である。ダイ３の肩部の丸み３’の曲率半径は４ｍｍ、パンチ２の肩部の丸み２’の曲率半径は４ｍｍ、ダイ３とパンチ２のクリアランスは鋼板の板厚である３.２ｍｍの１.０５倍とした。
曲げ加工後の短冊材から幅３０ｍｍの疲労試験片を採取して疲労試験を行なった。図４に疲労試験方法を示す。負荷は完全片振り引張とした。

図５に本発明例と比較例での、片振りの負荷の荷重範囲と、負荷の繰り返し回数の関係を示す。本発明例１、２は、それぞれ、実施の形態１、２のものである。本発明例では比較例と比べて良好な疲労特性が得られた。さらに、本発明例２の方が、本発明例１に比べて良好な疲労特性となっている。これは、離型後、金属板内に残存する圧縮の残留応力が、本発明例１ではやや過多であったのに対し、本発明例２では、パンチの下降に伴ってロール又はボールがパンチの内側にスライド可能としたことで、適正に調整できたことによるもの、と考えられる。

以上の通りであるが、本発明は、上記した各実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記した各実施の形態では、パンチ２、ダイ３の２つの型のうち、パンチ２の方を、ダイ３の方に対してスライドさせ、間に金属板１を挟んで曲げ加工を行うようにしているが、ダイ３の方を、パンチ２に対してスライドさせるなどしてもよい。
あるいは、例えば、上記した各実施の形態では、パッド４で金属板１をダイ３との間で挟んでおくようにしているが、金属板１の端を何かに固定しておくなどしてもよい。

ここに挙げた例に限らず、本発明は、以上説明した要旨を逸脱しない範囲内で、その他の各種の変化形も包含するものとする。

例えば、引張強さにして５４０ＭＰａ以上の高強度の金属板を、４ｍｍ以下の小さな曲率半径で曲げ加工して得る際に、得られた部品の曲げ加工部の疲労強度を向上できるため、自動車、鉄道車両などの部品に、高強度の金属板を適用拡大でき、それら部品の軽量化に資する。

本発明の第一の実施の形態について説明するための図である。 本発明の第二の実施の形態について説明するための図である。 実施例で使用した金型を示す図である。 疲労試験方法を示す図である。 本発明の効果を示す図である。 従来の金属板の曲げ加工装置および曲げ加工方法について説明するための図である。

符号の説明

１ 金属板
２ パンチ
２’ パンチ２の肩部の丸み
３ ダイ
３’ ダイ３の肩部の丸み
４ パッド
５ カム
６ ロール（又はボール）
７ バネ
Ａ 引張の力
Ｂ 曲げ加工部
Ｃ クリアランス
Ｄ 圧縮応力

Claims (4)

1. ２つの型を有し、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライド可能に配置するとともに、一方の型の角に転動可能にロール又はボールを備えたことを特徴とする金属板の曲げ加工装置。
2. ２つの型を有し、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライド可能に配置するとともに、一方の型の角に、型の外側に向け付勢され、かつ、型の内側に向けスライド可能なカムを備え、該カムに、転動可能にロール又はボールを備えたことを特徴とする金属板の曲げ加工装置。
3. ２つの型のうち、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライドさせ、間に金属板を挟んで曲げ加工を行うに際し、
   前記２つの型のうち、前記金属板の曲げの外側に位置する側の型の角に転動可能に備えた、ロール又はボールを、前記金属板の曲げの外側から、曲げの内側に向けて、押し付けつつ、前記金属板の曲げ加工を行うことを特徴とする金属板の曲げ加工方法。
4. ２つの型のうち、一方の型を、もう一方の型に対して、クリアランスをとってスライドさせ、間に金属板を挟んで曲げ加工を行うに際し、
   前記２つの型のうち、前記金属板の曲げの外側に位置する側の型の角に備えた、曲げの外側にスライド可能なカムに、転動可能に備えた、ロール又はボールを、前記金属板の曲げの外側から、曲げの内側に向けて、付勢しつつ、前記金属板の曲げ加工を行うことを特徴とする金属板の曲げ加工方法。

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