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JP3591066B2 - 形材の曲げ加工方法 - Google Patents
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車,車両等のフレーム材や建築用部材として使用されるアルミ合金押出し形材等の形材を押し通し曲げにより二次元又は三次元的に曲げ加工する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
アルミ押出し形材等の長尺形材を曲げ加工する方法には、回転引き曲げや金型を使用した押し通し曲げ等がある。押し通し曲げでは、図1に示すように固定金型に対して上下左右動及び回転可能に配置した可動金型を使用する。形材を固定金型に押し通し、固定金型から突出した形材の突出部を可動金型で拘束した状態で固定金型に対する形材の押し通しを継続すると、固定金型に対する可動金型の位置関係から定まる曲率で形材が曲げ加工される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この押し通し曲げは、一般的な引き曲げ等に比較して曲げ半径Rが大きい。したがって、加工度が小さく、加工された形材の内部に弾性歪みが多量に発生する。弾性歪みは、可動金型を通過した後の形材が元の形状に復元しようとするスプリングバックの原因となる。しかも、スプリングバックは、種々の加工条件によって複雑に変化し、定量的に把握できていない。そのため、目標形状に形材を成形することが困難なことから、多数の試行錯誤を繰り返すことによって目標形状を得ているのが実情である。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、目標とする曲げ形状を得るためのスプリングバック量を予測し、この予測値を取り込んで可動金型の移動量を曲げ装置に入力データとして与えることにより、試行錯誤の回数を大幅に減らし、効率的に且つ高精度で曲げ加工を行うことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の曲げ加工方法は、その目的を達成するため、固定金型に対して可動金型を変位した位置に設定し、前記固定金型及び前記可動金型に形材を押し通して曲げ加工する際、前記可動金型の理論動作量M に対する実行動作量M の比M /M で表される補正係数Cを次式で算出し、算出された補正係数に基づいて前記可動金型の動作量を決定することを特徴とする。この方法は、形材の二次元的又は三次元的な曲げ成形に適用される。
C={A×(Z×σ0.2 )+0.3}×10−3×R+B
ただし、A:(8〜11)×10−6の範囲にある係数
B:3.0〜3.6の範囲にある定数
Z:形材断面における引張り側と圧縮側の断面係数の平均値(mm
σ0.2 :引張り試験における0.2%耐力(kgf/mm
R:曲率半径(mm)
【0005】
スプリングバック量に影響する因子には、材料の0.2%耐力(σ0.2 ),断面係数(Z)及び曲げ半径(R)が掲げられる。本発明者等は、各因子についてスプリングバックとの関係を実験によって明らかにし、その実験結果からスプリングバックを定量的に予測できる前述の関係式を導き出した。この関係式に従うとき、多数の試行錯誤を繰り返す必要なく、2回程度のテストで誤差範囲に収まる加工が可能になる。
【0006】
【実施例】
実施例1:(スプリングバック量予測式の導出過程)
材料特性を表1に示したアルミ押出し形材を使用して、種々の曲率半径で曲げ加工し、スプリングバック量を測定した。
【0007】
Figure 0003591066
【0008】
各曲率半径ごとに金型動作量(図1参照)との関係を調査したところ、図2に黒丸で示す金型動作量M が必要であった。なお、図2の白丸は、スプリングバックのないことを前提にして算出した可動金型の理論動作量M であり、理論動作量M に対する実効金型動作量M の比M /M が補正係数Cとなる。なお、可動金型の回転角θは、可動金型の動作位置において形材の軸線と直交する角度に設定して加工を行う。また、図2では、試料1についての調査結果を表したが、他の試料2〜4も同様な関係を示した。
そこで、図2の結果に基づき各試料について曲率半径Rと補正係数Cとの関係を調査したところ、両者の間に図3に示す関係が成立していた。すなわち、補正係数Cは、次式(1)の一次関数で曲率半径Rから求められることが判った。
C=α×R+B ・・・・(1)
ただし、α:図3の各試料ごとの直線の傾き
R:曲率半径
B:直線と横軸との交点であり、3.28を中間点とし3〜3.6の範囲にある。
【0009】
図3にみられるように、各試料ごとに直線の傾きαが異なる。その理由としては、形材の断面係数Z及び0.2%耐力σ0.2 が掲げられる。断面係数Zは、形材断面における引張り側と圧縮側の断面係数の平均値で表される。そこで、試料1〜4について、直線の傾きαとZ×σ0.2 との関係を求めたところ、図4に示す結果が得られた。
図4も直線関係であることから、直線の傾きαは、次式(2)の一次関数で表されることが判った。
α={A×(Z×σ0.2 )+D}×10−3 ・・・・(2)
ただし、A:図4の直線の傾きを示し、9.5×10−6を中間点とし(8〜11)×10−6の範囲にある。
Z:断面係数
σ0.2 :0.2%耐力(kgf/mm
D:直線と横軸との交点(=0.3)
式(2)を式(1)に代入すると、式(3)が得られる。
C={A×(Z×σ0.2 )+0.3}×10−3×R+B ・・・・(3)
このようにして求められた補正係数Cを使用し、目標曲率半径Rを得るために必要な可動金型の実行動作量M を決定する。この実行動作量M で形材を曲げ加工すると、後述する実施例に示されているように高精度の曲げ加工が可能となる。
【0010】
実施例2:(角筒状形材の曲げ加工)
表1に掲げた試料1〜4から図5に示すサイズ及び形状をもつ角筒状形材を作製し、各種目標曲げ半径で曲げ加工した。このときのA値,B値及び補正係数Cを表2に示す。なお、表2以降では、×10−6を省略してA値を表現した。また、表2に示した試料番号において、ハイフンの前の数値は表1に掲げた試料番号を、ハイフンの後の数値は各試料に関する個々の条件ごとの番号を示す。
【0011】
Figure 0003591066
【0012】
各試料1−1〜4〜3について、それぞれ10本の形材を曲げ加工したあと、曲げ部の曲率を測定した。測定結果を、各10本の試験片中目標値に対して最大の誤差を生じたものを最大曲率半径Rmax ,最少曲率半径Rmin として表3に示した。また、目標曲げ半径とRmax ,Rmin との差の目標曲げ半径に対する百分率(%)で誤差を表した。
【0013】
Figure 0003591066
【0014】
表2及び表3から明らかなように、補正係数を取り込んで曲げ加工するとき、加工後の形材形状を目標形状に誤差14%以内の高精度で一致させることができた。特に、A値,B値,補正係数Cとして中間値を採用して曲げ加工の条件を設定したものでは、目標形状に対して数%の誤差,具体的には6.5%程度の誤差で曲げ加工することが可能になった。
【0015】
実施例3:(円筒状形材の曲げ加工)
引張り強さσ =17.5kgf/mm 及び0.2%耐力σ0.2 =8.5kgf/mm のアルミ合金JIS A6N01で図6にサイズ及び形状を示す円筒状の形材を作製し、表4の条件下で曲げ加工した。なお、曲げ加工では、各条件ごとに10本を試験した。
【0016】
Figure 0003591066
【0017】
曲げ加工後の形状を実施例2と同様に測定した結果を、表5に示す。曲げ加工後の形材は、表5にみられるように極めて高い寸法精度をもつものであった。
【0018】
Figure 0003591066
【0019】
実施例4:(チャンネル材の曲げ加工)
引張り強さσ =17.5kgf/mm 及び0.2%耐力σ0.2 =8.5kgf/mm のアルミ合金JIS A6No1で図7にサイズ及び形状を示すチャンネル材を作製し、表6の条件下で曲げ加工した。なお、曲げ加工では、各条件ごとに10本を試験した。
【0020】
Figure 0003591066
【0021】
曲げ加工後の形状を実施例2と同様に測定した結果を示す表7にみられるように、曲げ加工後の形材は、曲げ半径方向に関して断面積が大きく変化する形状であるにも拘らず、高い寸法精度をもつものであった。
【0022】
Figure 0003591066
【0023】
実施例5:(角筒状形材の二点曲げ)
試料1の材料で図8に示すサイズ及び形状の角筒状形材を作製し、表8に示すA,B及びCの各条件下でR 部及びR 部の曲げ方向及び曲率半径が異なる加工を連続して行った。この場合も、各条件ごとに10本の試験片を曲げ加工した。
【0024】
Figure 0003591066
【0025】
曲げ加工された形材の形状は、実施例2の場合と同様にして求めた結果を示した表9にみられるように寸法精度が高いものであった。
【0026】
Figure 0003591066
【0027】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に従った曲げ加工においては、本発明者等が実験結果から求めた補正係数及び定数を取り込んで加工条件を設定し、固定金型に対する可動金型の変位量を定めることにより、回転引き曲げ等に比較して曲げ半径が大きな曲げ半径で加工する押し通し曲げにおいても、スプリングバックに起因した誤差要因を解消し、寸法精度よく曲げ加工することが可能になる。このようにして得られた曲げ加工製品は、自動車用スペースフレーム,車両用フレーム,建築用部材等として広範囲な分野で使用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】通し曲げ加工の説明図
【図2】曲率半径と可動金型動作量との関係を示すグラフ
【図3】曲率半径と補正係数Cとの関係を示すグラフ
【図4】図3の直線の傾きαとZ×σ0.2 との関係を示すグラフ
【図5】実施例2で曲げ加工した角筒状形材の斜視図
【図6】実施例3で曲げ加工した円筒状形材の斜視図
【図7】実施例4で曲げ加工したチャンネル材の斜視図
【図8】実施例5で二点曲げ加工した角筒状形材の斜視図

Claims (3)

  1. 固定金型に対して可動金型を変位した位置に設定し、前記固定金型及び前記可動金型に形材を押し通して曲げ加工する際、前記可動金型の理論動作量M に対する実行動作量M の比M /M で表される補正係数Cを次式で算出し、算出された補正係数に基づいて前記可動金型の動作量を決定することを特徴とする形材の曲げ加工方法。
    C={A×(Z×σ0.2 )+0.3}×10−3×R+B
    ただし、A:(8〜11)×10−6の範囲にある係数
    B:3.0〜3.6の範囲にある定数
    Z:形材断面における引張り側と圧縮側の断面係数の平均値(mm
    σ0.2 :引張り試験における0.2%耐力(kgf/mm
    R:曲率半径(mm)
  2. 請求項1記載の補正係数Cを使用し、形材を二次元的又は三次元的に曲げ成形する形材の曲げ加工方法。
  3. 請求項1又は2記載の方法で曲げ加工された形材。
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