JP5429849B2 - 鋼板の曲げ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の曲げ加工方法、特に、高強度を必要とする各種留め金具の製造に適した高強度鋼板の曲げ加工方法に関する。

建築，家電，自動車，通信機器等の種々の分野において、各種部材の位置決めや位置止めを目的として、高強度鋼板製のＶ形状部やＬ形状部を有する留め金具が使用されている。これらの高強度鋼板製の留め金具は、溶接接合やカシメ加工での被加工部材の接合補助としても広く使用されている。

これら留め金具の特性としては、安全上、性能上の問題から弾性限界および破断限界の高いことが求められ、適用材に弾性限界が高く、破断限界の高い高強度鋼板が使用されている。さらに、耐候性、耐食性が必要とされる環境下において使用される場合は、耐候性、耐食性にも優れた高強度ステンレス鋼板が使用されている。
また、留め金具の形状としては、たとえば図１に示すように、コーナー部のＲが小さい部材に取り付ける場合に、留め金具１としてもＲの小さいものが求められるなど、被締結材２との取り合いなどの問題から曲げ肩半径Ｒが小さいものが求められるケースが多々ある。

一般的に、高強度鋼板からＶ形状部やＬ形状部を有する製品を得るためには、図２（ａ）（ｂ）に示すように、Ｖ形状部であれば上下Ｖ金型を使用した曲げ加工（Ｖ曲げ）、Ｌ形状部であれば上下金型によるせん断方向への曲げ加工（Ｌ曲げ）が行われている。これらの加工では、曲げ中立軸の外側において周方向への引張り変形が生じ、曲げ外周部において変形量が最大となる。そのため伸びの小さい材料を適用した場合、曲げ肩半径が小さいと中立軸と曲げ外周部との間に大きな線長差が生じるため、曲げ外周部において引張り方向の歪量が過多となり割れにいたる。

このため、小肩半径曲げ部を有する部品の製造には、一般的には伸びの大きい材料が使用されており、高強度が求められる部材には、ＳＵＳ３０４などのばね材が使用されている（ＪＩＳ Ｇ ４３１３ ばね用ステンレス鋼帯）。しかしＳＵＳ３０４材はオーステナイト組織を安定化させるためＮｉなどの合金成分を多く含むことから材料コストが一般の材料に比べ非常に高くなっている。

また、低コスト材としては、加工時は軟質で伸びが大きく、加工後に熱処理により強度を確保する焼入れ硬化型の特殊鋼が使用されている。しかしながら、焼入れ硬化型の特殊鋼の使用は、曲げ加工工程に加え、熱処理工程が必要となるため、時間的ロスや熱源使用によるコスト増が問題となっている。その他低コスト材として１３Ｃｒ系ステンレスのばね材の使用も検討されているが、これら材料は伸びが著しく小さいため、大肩半径曲げの用途適用にとどまっている。

例えば特許文献１では、低伸び材料の曲げ加工性を向上させる方法として、温間金型を使用し、被加工材を熱することで軟質化し、伸びを向上させる方法が提案されている。しかし、この方法では加熱装置の導入費用がかかる他、昇温のための時間的ロスや熱源使用によるコスト増、昇温による耐食性の劣化などを引き起こすこととなる。

特開２００４−３４０７４号公報

上述したように、Ｖ形状部やＬ形状部を有する留め金具のように、高強度の鋼板を用いて小肩半径曲げ部を有する部品を製造する場合、ＳＵＳ３０４のばね材など伸びの大きな材料が用いられていた。しかし、これら伸びの大きな高強度鋼板は材料コストが大きく、低コストの高強度鋼板を用いた場合は曲げ肩部に割れが生じ、小肩半径への曲げ加工が困難であった。また、焼入れ硬化型の鋼板の使用や温間金型の使用も試みられたが、時間的ロスや熱源使用によるコスト増が避けられなかった。

本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、高強度かつ伸びが小さい鋼板を被加工材とした場合であっても、既存の曲げ加工機を使用し加工製品の曲げ肩部に割れを発生させることなく曲げ部先端に小肩半径曲げ部を有する部品を製造することができる曲げ加工方法を提供することを目的とする。

本発明の鋼板の曲げ加工方法は、その目的を達成するため、鋼板に小肩半径の曲げ部を形成するにあたり、目標肩半径よりも大きい肩半径の曲げ部を有する予備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未加工部外面を当接させた状態で、前記予備曲げ加工品の両側端を曲げ部方向に、当該側端が曲げ部方向に変位するよう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ことを特徴とする。
前記予備曲げ加工品の両側端を曲げ部方向に押圧することに替え、前記予備曲げ加工品の一側未加工部を拘束し、他側端を曲げ部方向に、当該側端が曲げ部方向に変位するように押圧することによって、曲げ部に目標の小肩半径を付与する形態であってもよい。

前記予備曲げ加工品を得る曲げ加工を、ｒ_p ^’/ｔ＞ｒ_p/ｔとなる条件にて行い、後段の小肩半径を付与する工程を、ｄ＝Ｌ_a’-b’−Ｌ_a-bの条件にて行うことが好ましい。
ここで、ｒ_p ^’／ｔは１工程目の無次元化したパンチ肩半径、ｒ_p／ｔは割れが発生する無次元化した曲げ肩半径、ｔは素板板厚、ｄは２工程目の押込み量、Ｌ_a’-b’は最終製品の曲げ部の線長、Ｌ_a-bは予備曲げ加工品の曲げ部の線長である。

本発明の鋼板の曲げ加工方法によれば、これまで使用が不可能であった伸びの小さい廉価な高強度鋼板を使用して、留め金具のような高強度で小肩半径曲げ部を有する部品を製造することが可能になる。
したがって、既存技術に比べ材料コストが低減できる。また、後処理の必要や熱源の使用も無くなるため製造時間の短縮や製造コストの低減が可能となる。

留め金具の形状およびその使用形態を説明する図 一般的なＶ曲げ加工（ａ）およびＬ曲げ加工（ｂ）の態様を説明する図 曲げ加工時の素材板の変形状況を説明する図 本発明の１工程目の加工態様を説明する図 本発明の２工程目の加工態様を説明する図 鋭角を付与するための２工程目の加工態様を説明する図 鈍角を付与するための２工程目の加工態様を説明する図 比較例、実施例での１工程目のＶ曲げ加工条件を示す図 比較例、実施例での１工程目のＬ曲げ加工条件を示す図 実施例での２工程目の加工条件を示す図

ダイス、パンチを用いて鋼板に曲げ加工を施す場合、例えば図３に示すように、曲げ肩部の内肩半径部に圧縮応力が働き、外肩半径部に引張り応力が働く。そして、曲げ肩半径が小さくなるほど、曲げ中立軸Ｃにおける曲げ部の線長Ｌ_１に対する外肩半径部の曲げ部の線長Ｌ_２が増加し、引張り応力による歪み量が増加する。このため、伸びの小さい材料を小肩半径の曲げ加工に使用すると、曲げ部先端に割れが発生しやすくなる。
建材などに使用される留め金具としては、安全性の面から強度の高い材料が使用されるケースが多くなっているが、上記のような加工上の理由から、伸びの大きい高価な材料の使用がほとんどとなっている。

そこで、本発明者等は、伸びが小さい廉価な高強度鋼板に対し割れを発生させることなく、小肩半径の曲げ加工を施すべく鋭意検討を重ねてきた。
その過程で、鋼板を所望形状に近似した大肩半径に予備曲げ加工した後、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未加工部外面を当接させた状態で、当該予備曲げ加工品の両側端を曲げ部方向に押圧することにより、小肩半径曲げ部の形成に際して発生する引張り歪を抑制し、加工品に小肩半径曲げ部を形成することができる鋼板の曲げ加工方法を発明するに至った。
予備曲げ加工品の両側端を曲げ部方向に押圧する以外の形態として、当該予備曲げ加工品の一側端の未加工部を拘束し、予備曲げ加工品の他側端を曲げ部方向に押圧することにより、反力を利用する形態が使用できる。

本明細書中において、伸びの小さい鋼板とは、鋼板のうちＶ曲げまたはＬ曲げを実施した際に、素板板厚ｔ当たりの割れが発生する曲げ肩半径ｒ_pが０より大きい、即ちｒ_p／t＞０である（曲げ肩半径ｒ_pが０ｍｍの金型を使用して曲げを実施した際に割れが発生する）低伸鋼板をいう。なお、ｒ_p／tとは曲げ肩半径を板厚により除することで数値の無次元化をはかり、曲げ限界値の定性化を目的に定義された曲げ加工性の一般的指標である。このような低伸鋼板は、曲げ部に割れが発生するため通常の曲げ加工による小肩半径曲げ部の形成は困難であった。
ここで、ｒ_pはパンチ金型先端に付与された肩半径であり、ｒ_p＞０mmでの割れとは、パンチ肩半径が０ｍｍの金型を使用して曲げを実施した際に割れが発生したことを意味している。なお、使用した金型のｒ_pは輪郭形状測定器にて確認される。

図４および図５により、Ｌ曲げ加工する態様について、本発明方法を説明する。
まず、１工程目で図４に示す上下金型により、伸びの小さい鋼板に対し予備曲げ加工を行う。この工程で用いる上下金型は、図２（ｂ）で示した通常の曲げ金型と同様のものであり、素板３に対し板押さえ４とパンチ肩半径ｒ_p ^’のパンチ５、ダイス肩半径ｒ_d ^’のダイス６により曲げ加工を行う。この工程での曲げ加工は、素板板厚ｔ当たりのパンチ肩半径ｒ_p ^’が素板板厚ｔ当たりの割れが発生する曲げ肩半径ｒ_pよりも大きくなる条件、すなわちｒ_p ^’／ｔ＞ｒ_p／ｔとなる条件にて行うことが必要である。この予備曲げ加工により、所望の製品である最終品の肩半径曲げ部より大きい肩半径曲げ部を有する予備曲げ加工品７を形成する。

続く２工程目で、１工程目の予備曲げ加工で形成した予備曲げ加工品７に対し図５（ａ）に示す装置により曲げ加工を行う。該予備曲げ加工品の一側端の未加工部を拘束し、予備曲げ加工品の他側端を曲げ部方向に押圧することにより、反力を利用する形態である。
この装置は、下基盤に対して下部板押え８、側面部板押え９が取り付けられており、上基盤に対して上部板押え１０がスプリング等の緩衝機構を介して、また整形パンチ１１が直接取り付けられており、上基盤が図示しない駆動装置により下方向に移動可能とされている。なお、この装置にあっては、下基盤と上基盤は相対しており、下基盤に取り付けた側面部押え９と、上基盤に取り付けた上部板押え１０は、被加工板厚を僅かに超えるクリアランスをもって配置され、整形パンチ１１は、その側面が上部板押え１０の側面と接する位置関係で取り付けられている。さらに下部板押え８には、予備曲げ加工品７の素板板厚ｔと同じ深さ、および得ようとする長辺部長さと同じ長さを有する凹部が形成されている。すなわち、下部板押え８の端部にストッパとなる凸部が形成されている。また、整形パンチ１１には、上部板押え１０と接する側に、予備曲げ加工品７の素板板厚ｔと同じ幅の凹部が形成されていることが好ましい。

２工程目では、予備曲げ加工品７の一側端の未加工部を拘束し、予備曲げ加工品の他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。
この工程では、予備曲げ加工品７を、当該予備曲げ加工品の両端未加工部の内の短い方の未加工部外面を側面部板押え９に接するように長い方の未加工部外面を下部板押え８の凹部内に載置した後、上基盤を下方に下降させる。上基盤を下方に下降させることにより、まず予備曲げ加工品７の一側端の未加工部を下部板押え８と上部板押え１０の間で固定する。未加工部の端部は下部板押え８の凹部で外方向への移動が妨げられる形態となっている。

その後さらに上基盤を下方に降下させることにより、整形パンチ１１が予備曲げ加工品７の他側端に当接し、これを押圧することになる。予備曲げ加工品７の他側端が下方に押圧されるとき、曲げ半径の大きい曲げ部の両側方部は下部板押え８や側面部板押え９に押付けられて平坦化されるとともに、前記曲げ半径の大きい曲げ部の略中央部は曲げ半径が小さくなるように変形される。すなわち、曲げ半径の大きい曲げ部の略中央部に小肩半径の曲げ部が形成される。
なお、上部板押え１０のコーナーＲは、得ようとする曲げ加工品の肩半径よりも大きくすることが好ましい。
２工程目の押込み量は、図５（ｂ）に示すように、最終曲げ加工品の曲げ部線長（線分ＡＡ^’＋線分Ａ^’Ｂ^’＋線分Ｂ^’Ｂ）−予備曲げ加工品の曲げ部線長（線分ＡＢ）とする。この押込み量が請求項３に記載したｄの数値となる。

図４、図５による上記の説明はＬ曲げ加工についてのものであるが、Ｖ曲げ加工でも同様である。１工程目の上下金型としてパンチ角度を調整した常用の曲げ金型を用い、２工程目の上下金型として、例えば、下金型であるダイスに予備曲げ加工品７の未加工部の一端を収容する凹部を設けるともに板押えを配置する一方、上金型であるダイスの上方に整形パンチを配置し、予備曲げ加工品７の両未加工部のうちの一端を拘束しながら、予備曲げ加工品７の他端を曲げ部方向に押圧することにより、所望の肩半径のＬ曲げ加工品を得ることができる。

また、図４、図５による説明は、曲げ角が９０°の場合についての説明になるが、この角度が９０°以外の鋭角、鈍角であっても本発明法は適用できる。
図６に曲げ角が鋭角である場合、図７に曲げ角が鈍角である場合の、２工程目の加工形態を説明している。
すなわち、曲げ角が鋭角あるいは鈍角の場合、１工程目の上下金型としてパンチ角度を調整した常用の曲げ金型を用いてＶ曲げ加工を行った後、図６、７に示すような金型装置を用いて２工程目の加工を行うことにより、所望の曲げ角度の曲げ製品が得られる。

なお、図６，７で示す金型装置では、下基盤上に、その上面上に立設された側壁に対してスプリング等の緩衝機構を介して取り付けられた板押え１２と、整形パンチ１３が配されており、上基盤の下面に押圧棒１４が立設されている。そして、整形パンチ１３の後方壁と押圧棒１４の先端壁とは、押圧棒１４の上下動を整形パンチ１３の水平動に変えるべくカムスライド１５を形成する形態とされている。また、板押え１２の前面と、加工パンチ１３の押圧面は、それぞれ被加工曲げ角になるように所定の角度で傾斜されている。さらに、板押え１２の前面と、加工パンチ１３の押圧面には、予備曲げ加工品１６素板板厚ｔと同じ深さの凹部が形成されている。
したがって、板押え１２の前面側に予備曲げ加工品１６を配した後、整形パンチ１３を押し当て、その後に上基盤を下方に下降させることにより、加工パンチ１３を板押え１２方向に押圧させることで、曲げ部に目標の小肩半径を付与することができる。

以上に説明したように、本発明は、曲げ加工を２工程に分け、まず１工程目は、予備曲げ加工として曲げ中立軸よりも外側に引張り歪みの発生を伴う通常の曲げ加工部に割れが発生する肩半径よりも大きな肩半径を施した後、２工程目を工程として、予備曲げ加工品の両端に曲げ部方向に向けた押圧力を付与する工程を採用している。特に、２工程目の加工にて押し込み量を１工程目と２工程目の線長差分を押し込むことで、曲げ加工品の外肩半径に生じる引張り応力と引張り歪みが生じず、曲げ加工品の内肩半径に圧縮応力と圧縮歪みのみが生じる加工形態となるため、伸びの小さい鋼板においても小肩半径の曲げ加工が可能となる。

比較例；
供試材として、表１に示す成分組成と、表２に示す機械的特性を有する２種類のステンレス鋼板を用い、図８に示す条件でＶ曲げ加工を、図９に示す条件でＬ曲げ加工を施した。なお、曲げ加工は各条件でそれぞれ３回行った。そして、割れの発生状況を目視観察した。その結果を表３，４に示す。表中、割れが発生したものを×で、割れが認められなかったものを○で示している。
表３，４に示す通り、Ｖ曲げおよびＬ曲げとも伸びの大きい供試材Ａはパンチ肩半径が０でも割れが発生しなかったが、伸びの小さい供試材Ｂ（ばね鋼板）はパンチ肩半径が小さくなると割れが発生した。

実施例；
供試材として、表１に示す成分組成と、表２に示す機械的特性を有する供試材Ｂのばね材用ステンレス鋼板を用い、図１０の加工条件で曲げ加工を実施した。なお加工は、１工程目の金型および加工条件は図９に準じて行った。また２工程目の押込み量は、１工程目で仮曲げ製品に３．０ｍｍの肩半径の曲げが施されていると仮定し、それぞれ肩半径Ｒを０ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍにするに必要な１工程目との線長差分とした。
その結果を表５に示す。前述のＶ曲げおよびＬ曲げ加工にて割れが発生していた小肩半径の曲げ加工条件において割れ無しの加工品を得ることができた。

１：留め金具 ２：被締結材 ３：被加工素板 ４：板押え
５：パンチ ６：ダイス ７：予備曲げ加工品 ８：下部板押え
９：側面部板押え １０：上部板押え １１：整形パンチ １２：板押え
１３：加工パンチ １４：押圧棒 １５：カムスライド
１６：予備曲げ加工品

Claims (3)

1. 鋼板に小肩半径の曲げ部を形成するにあたり、目標肩半径よりも大きい肩半径の曲げ部を有する予備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未加工部外面を当接させた状態で、前記予備曲げ加工品の両側端を曲げ部方向に、当該側端が曲げ部方向に変位するよう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ことを特徴とする鋼板の曲げ加工方法。
2. 鋼板に小肩半径の曲げ部を形成するにあたり、目標肩半径よりも大きい肩半径の曲げ部を有する予備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未加工部外面を当接させた状態で、前記予備曲げ加工品の一側未加工部を拘束し、他側端を曲げ部方向に、当該側端が曲げ部方向に変位するよう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ことを特徴とする鋼板の曲げ加工方法。
3. 前記予備曲げ加工品を得る曲げ加工を、ｒ_p ^’/ｔ＞ｒ_p/ｔとなる条件にて行い、後段の小肩半径を付与する工程を、ｄ＝Ｌ_a’-b’−Ｌ_a-bの条件にて行う請求項１または２に記載の鋼板の曲げ加工方法。
   ただし、ｒ_p ^’／ｔ；１工程目の無次元化したパンチ肩半径、ｒ_p／ｔ；割れが発生する無次元化した曲げ肩半径、ｔ；素板板厚、ｄ；２工程目の押込み量、Ｌ_a’-b’；最終製品の曲げ部線長、Ｌ_a-b；予備曲げ加工品の曲げ部線長

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