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R曲げとは

R曲げは、板金を丸みを帯びる形で曲げる曲げ加工です。つまり、曲げrが大きくなるような曲げ加工になります。曲げrとは、曲げ加工をした際の最も内側の部分にかかる半径Rのことを指します。すなわち、曲げrが小さければ小さいほど曲げ部分の角は鋭利に、大きいほど角は丸みを帯びる、ということです。
R曲げはV曲げとは異なり、曲げ部分が丸みを帯びます。V曲げとはV字型の金型を用いる曲げ加工法であり、曲げrが小さく、曲げ部分が鋭利になります。一方でR曲げは、主に丸い金型を用いて加工します。曲げ加工に用いられる加工機をベンダーといい、パンチとダイと呼ばれる金型によって板金を曲げます。R曲げに用いられる金型やR曲げの仕組みについては後ほど詳述します。R曲げは、曲げ部分の角に丸みを帯びさせたい製品や部品の曲げ加工に用いられます。

R曲げ機の金型と原理

曲げ加工に用いられる加工機のことを一般的に「ベンダー」や「プレスブレーキ」と呼ばれます。曲げ加工で用いられるベンダーは、パンチとダイと呼ばれる上下の金型からなります。上側の金型がパンチです。パンチはオス型とも呼ばれ、板金に対して圧力を加える役割を果たします。一方、下側の金型がダイです。パンチによる圧力を受ける役割を果たし、メス型とも呼ばれる金型です。

R曲げ機の金型は、板金曲面のR形状を実現するために丸みを帯びています。R曲げの原理はいたってシンプルで、パンチが板金に対し圧力をかけることによって曲げます。ダイはV字型でダイの底と板金との間に隙間がある形で曲げる方法と、ダイもパンチに合わせたR形状の金型にし板金とダイが密着する形で曲げる方法とがあります。金型を用意する必要性がありますが、後者の方が曲げ部分の精度・品質を高めることができるといえます。
後述するスプリングバックによる誤差は生じますが、曲げrはおよそ金型のrと等しくなります。そのため、製品や部品で求められる曲げ形状に応じて専用の金型が必要になるのです。

しかし、比較的曲げrが大きいようなR曲げの場合、V曲げの金型を利用してR曲げをすることもできます。V曲げ金型で小刻みに繰り返し曲げ加工をすることによって、目的のR形状を形成するという方法です。この方法によるR曲げは、専用の金型を用意する必要がなくなるため加工費用を抑えることができます。ただし、専用のR形状の金型を用いたほうが曲げ部分の精度は・品質は高くなります。

スプリングバックとは

スプリングバックとは、R曲げ後に金属が戻ることにより曲げ角度が金型に比べて大きくなってしまう現象のことです。スプリングバックは板金加工製品における曲げの精度・品質を保つ上で非常に重要な用語です。

板金をはじめとする金属には、そもそも弾性力と塑性力という2つの相反する性質があります。

金属の性質
  • 弾性力
  • 塑性力
  • 力が加わった後、元に戻ろうとする性質
  • 力を加えられ変形すると、元には戻らない性質

弾性力とは、バネなどでも聞きなじみがあるように、金属が外部からの力に対して元の状態に戻ろうと抵抗する性質のことです。スプリングバックは、金属の弾性力によって生じる現象です。

曲げ加工によりパンチに圧力を加えられた板金は、パンチが離れた後に弾性力によってわずかに戻ります。そのため、曲げ角度がベンダーの金型よりも大きくなってしまうのです。具体的にいうと、ちょうど90度の直角ベンダーを用いて曲げ加工をしたのにも関わらず、スプリングバックによって実際の曲げ角度が93度になってしまうということです。数字的にはわずかな差のようにも見えます。しかし、スプリングバックによる板金のはね戻りは製品や部品の完成時の寸法に影響を与えます。このわずかな曲げ角度や寸法の差が、板金加工製品においては非常に大きな差になるのです。

板金加工製品の精度・品質を保ち向上するためには、曲げ加工におけるスプリングバックは必ず押さえておくべき注意点になります。特に、R曲げはV曲げと比べてスプリングバックが起こりやすい曲げ加工法です。弊社では、スプリングバックを考慮した金型を用いることによって曲げ加工の精度・品質の向上に努めています。

R曲げの展開寸法計算

スプリングバックの他にも、R曲げが必要な製品を設計する際に注意すべき点があります。
大きく分けて、以下の注意点が挙げられます。

・最小曲げ半径
・展開時の寸法(展開長)

・最小曲げ半径

一般的に曲げrと最小曲げ半径は同義であり、曲げた箇所の最も内側の半径Rのことを指します。ここでは説明しやすくするために、曲げrを「曲げた箇所の最も内側の半径R」のこと、最小曲げ半径を「対象の板金が品質上全く問題なく曲げることのできる曲げrのうち、最小のもの」と定義します。最小曲げ半径は、製品や部品に用いられる金属材質や板厚などの条件によって変動しますが、一般的に「最小曲げ半径≒板厚」が目安とされています。最小曲げ半径よりも小さな半径RでR曲げをしてしまうと、曲げ部分にひびが入ってしまうなどの製品不良が発生する恐れがあります。曲げ部分の外側がR曲げによる引き延ばしに耐えきることができなくなるからです。そのため、製品や部品を設計する際には曲げ部分の最小曲げ半径について考慮し、曲げrが最小曲げ半径よりも小さくならないように注意する必要があります。

・展開時の寸法(展開長)
図を見てもわかるように、R曲げ部分には3種類の半径Rが存在しています。
1つは、先ほど述べた曲げr。曲げrは最も内側部分の半径であり、R曲げ時に圧縮されている部分になります。そのため「最小」になるわけです。その一方で、1番外側部分はR曲げによって引き延ばされています。曲げ部分外側の寸法は、R曲げ前の寸法に比べて長くなってしまうのです。よって、部品を並べて組み立てる場合などには曲げ部分外側のふくらみを考慮して設計する必要があります。具体的には、板厚の約15%がふくらみにより増える寸法の目安とされています。

圧縮も引き延ばされもされず、R曲げをする前とR曲げをした後で寸法が変わらない部分を中立面といいます。中立面は基本的に板厚の中心部分になりますが、必ずしもそうではありません。曲げ角度が厳しくなると中立面は板厚中心から内側に寄ってくるなど、中立面の場所は曲げ加工の条件によって異なります。よって、展開長を考える際には曲げ加工部分の中立面について考慮する必要があります。

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