板金曲げとは何ですか? 基本、手当、ヒント

オーダーメイド製品の需要の高まりにより、板金がさまざまな形に変形できる多用途の素材であることが研究で証明されました。 この変形は、金属板をさまざまな生産目的に必要な望ましい形状に成形するための金属曲げなどの単純な板金成形プロセスを使用することによって行われます。 これを実現するには多くのプロセスが関係しており、板金を曲げる方法を知るには、それらについての十分な知識が必要です。

この記事では、板金曲げの重要性、板金加工プロセスにおけるその重要性、および板金の曲げ方法について説明します。また、鋼板の曲げに役立つ曲げのヒントもいくつか紹介します。

板金曲げ加工とは何ですか?

ほとんどの板金部品は、まず特定のサイズに切断し、次に希望の形状に曲げて組み立てることで作られていることをご存知ですか? そのため、板金加工において重要な役割を果たします。

板金曲げとは、平らな金属板を特定の角度または曲率に変形させることを指します。板の厚さは変わりません。代わりに、塑性変形 (永久変形) によって最終形状が形成されます。通常、プレス ブレーキなどの機械で直線軸に沿って圧力を加え、金属を特定の角度に曲げます。

基本的な概念を理解するには、パンチとダイのセットアップも理解する必要があります。パンチは、ダイに対して金属を変形させる力を加えます。一方、ダイは金属を支え、希望する曲げ角度と半径で成形します。

板金はどのように曲げられるのでしょうか?

ステップ1: 初期設計

金属曲げ加工は、最終部品の詳細な設計の作成から始まります。CNC曲げ加工には3Dファイルが必要で、AutoCADやCADデータなどのソフトウェアで設計図を作成できます。 SolidWorksのその後、設計には、余裕、リリーフ、スプリングバックなど、さまざまな考慮事項を含める必要があります。

曲げ計算機を使うことができます 設計変数と考慮事項を計算するためにオンラインで利用できるツールがあります。これについては、以降のセクションで説明します。さらに、設計では明確な寸法と許容差を指定する必要があります。 

ステップ2: ファイルの準備

ファイルが互換性のある形式であり、すべての GD&T が製造されていることを確認します。次に、曲げ線インジケーターは、エンジニアと技術者の間で設計を伝達する上で重要な要素です。ソフトウェアとファイル形式に応じて、実線、破線の中心線、または別の色など、さまざまなシンボルで示される場合があります。

RapidDirect では、次のファイル形式をサポートしています。

• 2D： .dxf、.ai、eps。
• 3D： ステップ、そして。stp。

ステップ3: 曲げ加工

曲げ加工では、板金を直線軸に沿って変形させ、希望の角度または曲率を作成します。要件と指定された角度に基づいてツール (ダイ、パンチ、プレス ブレーキ) を調整します。この加工では複雑な部品を成形できますが、130° を超える角度は成形できないという制限があります。したがって、曲げ半径は材料と厚さによって異なります。

ステップ4：仕上げ工程

板金加工では、表面にダイスマークや不均一なテクスチャなどの美観上の欠陥が残ります。これを改善するには、適切な表面仕上げ技術を使用します。たとえば、 絵画, 粉体塗装, サンドブラストメッキなどを施します。ただし、性能に影響がなく、美観を重視しない場合は、表面をそのままにしておくこともできます。  

金属曲げ加工の種類

板金曲げ加工法は、金属構造を希望の形状に変形するという最終目標がある点で似ていますが、操作方法は異なります。板金曲げ加工法を知るには、材料の厚さ、曲げサイズ、曲げ半径、目的などの要素によって加工方法が決まることを理解する必要があります。

以下の方法は、板金を曲げる方法を示すだけでなく、最良の結果を得るために適切なテクニックを選択するのにも役立ちます。最も一般的な板金曲げ方法は次のとおりです。

V曲げ

これは、ほとんどの曲げプロジェクトで使用される、最も一般的なシート曲げ方法です。 パンチと V ダイとして知られる器具を使用して、板金を希望の角度に曲げます。 プロセス中、曲げパンチは V ダイ上に配置された板金を押します。

シートメタルによって形成される角度は、パンチの圧力点によって異なります。 鋼板の位置を変えずに曲げることができるため、この方法は簡単で効率的です。

V曲げ加工は以下のXNUMXつに分類されます。

ボトムング

ボトミングはエアベンディングプロセスと関連がありますが、違いは、パンチがシートをダイに押し込み、キャビティ表面に完全に接触することです。このメカニズムにより、エア方式に関連するスプリングバックのリスク欠陥が解決されます。

ボトミングでは、変形のために追加の力を加え、また、プロセス完了後にシートをしばらく保持するため、より大きなトン数のパンチが必要です。V および V ダイと互換性があります。

さらに、この技術は他のプロセスと比較して、トン数の正確な制御を必要としないため、より正確です。そのため、古くて精度の低いパンチやプレスブレーキも、ボトミングの実行に適しています。

コイニング

コイニングでは、パンチとダイの間でシートを高トン数で押し付けます。その結果、変形により、スプリングバック効果がほとんどなく、正確な曲げ角度が得られます。

精度は高いものの、コイニングには他の方法やプロセスよりも多くのトン数が必要であり、サイクル時間も長くなります。

エアベンディング

エア曲げや部分曲げは、ボトミングやコイニングに比べて精度が劣る方法です。 ただし、ツールを必要としないため、シンプルさと操作の容易さのために通常使用されます。

デメリットもあります。 エアベンディングは、板金のスプリングバックが発生しやすい唯一の方法です。

エアベンディングでは、パンチは、ダイの開口部の両方の点にある板金に力を加えます。 V曲げの際は板金が金型の底面に接触しないため、通常はプレスブレーキを使用します。

（プレスブレーキは、板金の曲げ加工に使用される単純な機械です。パンチとダイの間で板金をプレスの位置にクランプすることで、板金に希望の曲げを形成します）

ロールベンディング

ロール曲げ加工では、2、3、または 4 つのローラーを使用して金属板を希望の曲線に成形します。最も一般的な設定は 3 ロール構成で、XNUMX つのローラーが三角形に配置されています。上部のローラーは調整可能ですが、他の XNUMX つは固定されています。

金属シートは上部ローラーと 4 つの固定ローラーの間に送り込まれます。XNUMX つの固定ローラーが回転するとシートを掴み、調整可能なローラーが下向きの圧力をかけて必要な曲率を実現します。XNUMX ロール構成では追加のローラーが追加され、サポートが強化されるため、高負荷作業に最適です。

この方法は主に円筒形や円錐形の製造に使用されます。 シートメタル製作チューブ、シリンダー、タンク、圧力容器、パイプなど。

ワイプベンディング

ワイプ曲げまたはエッジ曲げでは、ワイピング ダイとパンチを使用します。シートはダイと保持パッドの間に挟まれ、成形する部分が露出します。次に、パンチまたはワイピング フランジが下方に移動し、部品のエッジを目的の角度にします。この方法は、より小さなプロファイルにプレス ブレーキを使用する代わりに使用できます。

この技術により、エッジのすべての面を同時に成形できるため、生産性が大幅に向上します。また、変形領域の表面割れのリスクも最小限に抑えられます。

回転曲げ

チューブやパイプでは、1～180°の曲率を成形するのが一般的です。ただし、曲げられた板金に限定されるわけではありません。このプロセスには、曲げダイ、クランプダイ、および圧力ダイが含まれます。曲げダイとクランプダイはワークを保持し、一方、圧力ダイは自由端から基準位置に接線圧力を適用します。ここで、回転ダイは、目的の位置と半径に応じて回転できます。さらに、チューブまたはパイプの内側には「マンドレル」が配置されますが、板金ワークシートには必要ありません。

この金属成形プロセスは、平らなシートから曲面形状を作成するのに適しています。また、チューブ成形にもさまざまな用途があります。 

正確で精密な半径を維持するためのプロセスをより細かく制御できます。± 0.5 ° の許容範囲を簡単に達成できます。その結果、必要なトン数が 50 ～ 80% 以下になるため、表面にひび割れやその他の欠陥が発生する可能性が低くなります。

曲げ加工用板金

曲げ加工にはさまざまな種類の金属や合金が適合しており、各材料の特性はトン数やスプリングバックなどの変数に影響します。したがって、材料の選択肢が豊富なため、必要な機能と性能に最適なものを選択できます。 

また、金属板の成形可能な最大厚みは材質によって異なります。例えば、成形性に優れたアルミニウムは、チタンよりも厚い板に成形できます。

ステンレス鋼

ステンレス鋼は、強度、靭性、耐腐食性に優れた多用途の材料で、半径の狭い部品の成形に適しています。304、316、430 などのさまざまなグレードが一般的に使用されています。ステンレス鋼は硬いため、成形には大きな力が必要であり、精度を確保するにはスプリングバック効果を慎重に考慮する必要があります。

鋼鉄

A36、1018、4140 などの鋼合金グレードは、高い引張強度、耐久性、コスト効率、汎用性のため、金属曲げ加工で人気があります。鋼はより複雑な操作のために熱処理が必要な場合がありますが、ステンレス鋼に比べると扱いやすいです。特に軟鋼は比較的簡単に成形できます。

アルミ

アルミニウムは延性があり、さまざまな形状や曲率に成形しやすいです。優れた耐腐食性と強度対重量比を備えています。アルミニウム曲げ部品は、航空宇宙、自動車、電子機器で広く使用されています。ただし、特に半径が小さい場合は、ひび割れが発生しやすくなります。

真鍮

真鍮は展性と導電性に優れた素材で、鋼鉄よりも曲げやすいです。板金の成形には、CZ129/CW611N などのさまざまなグレードが一般的に使用されています。真鍮は成形が容易で導電性に優れているため、電気、熱、配管の用途で好まれることが多いです。

銅

銅は柔らかい素材で、シートは簡単に曲げることができます。ただし、表面の損傷やひび割れを防ぐために、慎重に取り扱い、力を制御する必要があります。さらに、銅は光沢のある美しい外観のため、電気用途やその他のさまざまな用途で人気があります。

板金曲げ加工における重要な概念

板金曲げ加工には、加工後の寸法に組み込む設計上の考慮事項であるさまざまな概念があります。主要な概念に入る前に、これに関連する用語をいくつか理解しましょう。

• 中立軸: 力を加えても伸びたり圧縮されたりしない、板金内の仮想的な線。
• 緊張地帯曲げ部分の外側で金属が伸びる部分。
• 圧縮ゾーン曲げ部分の内側で金属が圧縮される部分。
• 曲げ線: 板金を曲げる線。
• フランジ長さ: 曲げ部から延びる直線部分と平らな部分の長さ。

次に、重要な概念は次のとおりです。

曲げ半径

これは、板金を曲げた後に形成される曲がった板金の半径です。すべての設計はこの重要な変数から始まります。寸法精度、最終的な強度、形状、構造の完全性に大きく影響します。 

材料の種類と厚さに基づいて、この半径には最小値が存在します。つまり、非常に小さい半径で板金を曲げることはできない、しきい値があるということです。通常、半径は板厚と同じかそれ以下に抑える必要があります。 

最小曲げ半径(R_分)= 厚さ(t)

曲げ控除

曲げた部分で材料が伸びるため、操作後には平らな部分の合計長さがわずかに短くなります。ここで、曲げ減算と呼ばれる、平らな部分の合計長さを得るためにいくらかの長さを差し引く必要があります。つまり、これは、希望の寸法を達成するために平らな板金の全長から差し引く必要がある材料の量を指します。つまり、正しい平らな部分の長さを決定するには、長さを差し引く必要があるということです。

曲げ減算=2×（外側セットバック−曲げ許容値）

設計において減算を考慮することは、部品の長さやその他の仕様が正確であることを確認するために不可欠です。さらに、 板金ゲージ（厚さ）、半径、および材料の種類は減算値に影響します。

曲げ代

曲げ代とは、板金の伸びや曲げに対応するために与えられる割り当てを指す製造用語です。板金が元の平らな形状から加工されると、その物理的な寸法も変わります。作業に用いられる力により、材料は内側と外側で圧縮され、伸びます。

この変形により、曲げによる圧縮と伸張の力が加わり、板金の全体の長さは変化します。しかし、圧縮された内側の面と張力を受けた外側の面との間の厚みから計算される長さは同じままです。これは「中立軸」と呼ばれる線で示されます。

許容差は、板金の厚さ、角度、採用された方法、および K 係数 (材料の伸び量を推定できる定数) を考慮します。これは、曲げの内側の圧縮と外側の張力の比率の尺度です。

板金の内側の表面が収縮する一方で、外側は膨張します。したがって、板金を曲げるときに K 係数は一定のままです。K 係数 (通常は最大 0.25 ～ 0.5) は、設計変数の計算における制御数値として機能します。これは、板金の一部をトリミングする前に必要な正確な材料を決定するのに役立ち、板金の曲げ半径チャートにも役立ちます。

Kファクター

これは、板金曲げ設計のもう一つの重要な側面です。K係数は、さまざまな曲げ板金形状を特徴付け、必要な許容値などの他の設計変数を計算するのに役立ちます。K係数は、「中立軸が元の位置からシフトした長さと板厚の比率」によって定義されます。 K係数値 範囲は 0 ～ 1 です。たとえば、0.2 は中立軸が厚さの 20% シフトされることを表します。また、推奨値は材料の種類と曲げ半径ごとに異なります。

K 係数は、曲げの内側と外側で材料が引き伸ばされ、拡張される様子も示します。したがって、平面長さに関連する設計パラメータを計算することが重要です。

ベンドレリーフ

リリーフは、材料の変形や破れを防ぐために曲げ線の端に施す小さな切り込みとして定義されます。これは、最終部品と製品の構造的完全性と精度の両方にとって不可欠です。ノッチ、穴、切り抜きを使用できます。

ただし、1 つのエッジから別のエッジまでの直線曲げの場合は考慮する必要はありません。エッジ以外の平らな材料から分離する必要がある場合にのみ考慮してください。その理由は、圧縮された材料の直後に材料がある場合、平らな材料を調整する必要があるためです。

計算のルール。

レリーフの最小幅と深さ=厚さ(t)/2、厚さ(t)+曲げ半径(R)+0.5mm。

同様の概念として、コーナー リリーフがあります。これは、曲げラインの接合位置でカットする必要がある長さです。したがって、コーナーでは、完璧な位置合わせと材料の破れ防止のためにカットアウトを考慮する必要があります。

跳ね返ります

金属板は、力が加えられたときと力が解放された後で形状が変化する傾向があります。金属を特定の曲率の形状に曲げると収縮することがあり、寸法精度に影響します。したがって、設計では精度を保つために、元に戻る補正が必要になります。

この現象を理解するには、永久変形と弾性変形について知っておく必要があります。弾性変形は形状を維持しようとしますが、永久変形は変形した形状をそのまま維持します。曲げ線の周囲の弾性変形した材料の一部は元の形状に戻ろうとし、スプリングバックを引き起こします。さらに、採用された方法、半径、材料特性などの要因もスプリングバックに影響します。

曲げシーケンス

これは、干渉や歪みのない単一のシートに複数の曲げを設計する体系的なアプローチです。曲げシーケンスでは、サイズと複雑さに基づいて順序付けを行います。一般的な順序は、最初に大きくて単純なもの、次に複雑なものの順です。シーケンスは、金型とツールにも関連しています。対応するツール (金型とプレスブレーキ) で実行可能である必要があります。

木目方向

すべての金属構造は、内部的には結晶格子であり、原子の繰り返し配列です。したがって、粒子は金属内の個々の結晶領域です。これらの粒子の方向と形状は、材料の種類や、鍛造、鋳造などの成形方法によって異なります。

プレスブレーキングでは、より狭い角度や曲率に対して木目方向を考慮すると、破損のリスクを軽減するのに役立ちます。一方、割れを防ぐために、木目方向は曲げに対して垂直である必要があります。

曲げ板金部品の設計に関する実用的なヒント

時には、単純な過失やミスによって 板金デザイン 曲げ加工された板金に課題をもたらす可能性があります。そのため、最終部品の品質には、あらゆる特徴と詳細が重要になります。 

以下は設計に関する実用的なヒントです。

均一な厚さを維持

ワークシートは、断面全体にわたって均一な厚さでなければなりません。そうでない場合、曲げ半径が一定でなくなり、ひび割れや反りが発生するリスクが高まります。通常、均一な厚さは 0.5 ～ 6 mm から選択できます。

曲げ半径と方向

最小曲げ半径には一定の制限があり、材料の種類と厚さによって異なります。一般的な目安としては、「最小半径は少なくともシートの厚さと同じでなければならない方向に関しては、曲げ線全体で一定の半径を維持し、同じ平面内に保ちます。 

連続した曲がり角を避ける

設計上、曲げ部を互いに近づけすぎると、位置合わせの問題が発生し、残留応力が増加する可能性があります。したがって、曲げ部間の適切な距離、少なくとも厚さの 3 倍の距離が不可欠です。

曲げ緩和を使用する

曲げが端に近い場合、過度のストレスにより破れたり割れたりする可能性があります。これを回避するには、ラインの始端と終端に小さな切り欠きや切り込みなどのリリーフを使用します。

適切な穴とスロットの配置

デザインに穴やスロットが含まれている場合は、そのサイズや曲げからの距離などの配置に注意する必要があります。曲率線から穴が近すぎると、材料が歪む可能性があります。

• 最小距離（曲げから穴まで） = 2.5 t + R
• 最小距離（スロットから穴まで） = 4t + R
• 最小距離（端から穴まで） = 3t
• 最小穴半径（r min.）= 0.5 t

上記において、t は板厚、R は曲げ半径です。

皿穴設計

これらの機能は、機械加工またはプレスブレーキによる打ち抜き加工で実現できます。デザインにおける配置についてはいくつかのルールがあります。

• 最大深度=0.6t 
• 曲げからの最小距離: 3t
• 端からの最小距離: 4t
• 8つの皿穴間の距離= XNUMXt

正しいカール寸法

カールとは、金属板の端にある円形のロール（中空部分）を曲げることです。これは、エッジの強度を維持し、鋭利さを回避するために使用されます。カール機能を設計するときは、次の要素を考慮してください。

• 最小外半径= 2t
• 最小距離（曲げからカールまで）= カール半径 + 6t 
• 最小距離（穴からカールまで） = 2 x カール半径 + t
• 最後に、curlと他の機能の間には交差がありません 

 裾のデザイン

ヘムは、開いたり閉じたりできる、板金部品の折り返されたエッジです。2 つのヘムを結合すると、留め具として機能することもあります。板金を曲げる際は、次の基準を確認してください。

• 最小内半径= 0.5 t
• 閉じた裾の最小戻り長さ = 4t
• 開いた裾の最小戻り長さ= 4t
• 曲げの内側の端から裾の外側の端まで = 5t + 裾の半径 

フランジと面取りの設計

フランジは、板金部品の本体から通常 90° に伸びるエッジです。設計にフランジがある場合は、次の寸法制限を考慮してください。

• 最小フランジ長さ = 4t
• 最小曲げ半径= t
• 最小曲げフランジ距離 = 2t

タブとノッチ 

タブとノッチは、主に接合目的で使用される板金フィーチャです。タブはエッジの小さな延長部分で、ノッチは小さな切り欠き部分です。不適切な配置の場合、材料が弱くなる可能性があります。そのため、次の設計ルールを考慮してください。

• 最小曲げからノッチまでの距離 = 3t + 半径 (R)
• ノッチ間の最小距離 = 3.18 mm 
• 最小ノッチ長さ= 2t 
• 最小ノッチ幅 = 1.5 t 
• タブとノッチの最大長さ = タブの幅 (w) の 5 倍
• ノッチコーナー半径= 0.5 t 

5 ヒント 鋼板曲げ加工用

鋼板を曲げるのは複雑に思えるかもしれません。 ただし、いくつかのヒントを使えば簡単にできます。 以下に、このプロセスに役立ついくつかのヒントを示します。

春の戻りに注意

シートを曲げる場合、材料は必要な角度を超えて曲げる必要があります。 これは、板金が元の位置に戻ることができる高い曲げ能力を備えているためです。 したがって、材料を所望の位置よりわずかに上に曲げることによって、そのような事態が発生するように割り当てを行う必要があります。

板金の可鍛性は十分ですか?

鋭利な角に曲げると板金が割れる可能性があります。 したがって、これはできる限り避けるべきです。 すべての素材が鋭い角への曲げに耐えられるほど展性があるわけではないため、スチール製の金属ゲージを検討するのが最善です。

必ずプレスブレーキを使用してください

プレス ブレーキを使用するとサポートが提供され、シート メタルの曲げがきれいになり、曲げられたシート全体でパターンが連続することが保証されるため、該当する場合は常にプレス ブレーキを使用してください。

加工位置の穴を忘れずに

金型内での板金の正確な位置を保証するために、曲げ部品にプロセス位置の穴を作成する必要があります。 これにより、曲げプロセス中にシート メタルが移動することがなくなり、複数のシート メタルにわたって正確な結果が保証されます。

曲げ代

曲げ許容値を考慮することは、板金を曲げる方法を知る上で重要です。 これにより、より正確な数値が保証され、最終製品の精度が保証されます。

結論

カスタムメイド製品の需要は決して衰えることはなく、カスタム金属製品には板金曲げの知識が必要です。 したがって、この記事では、板金とその重要性、および板金を希望の正しい形状に曲げる方法について知っておくべきことを紹介しました。

プロセスを知るだけでは十分ではありません。自分で試すことができないので、プロセスはそれほど洗練されていません。しかし、品質とリードタイムを重視する人にとっては、 RapidDirectの金属曲げサービス はあなたの黄金の羊毛となり得ます。当社のエンジニアリング サポートを利用すれば、すぐにデザインを現実のものにし、競争上の優位性を獲得できます。

よくあるご質問