JP2011240393A - 金属製形材のプレス曲げ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム合金押出形材の大Ｒ曲げにおいて、一方向への過剰なプレス曲げ加工と逆方向へのプレス曲げ戻し加工を続けて実施できるプレス曲げ加工装置を得る。
【解決手段】プレス曲げ金型７と、一組の第１支持ローラ６，６と、プレス曲げ金型７を上下移動させる油圧シリンダ１３と、プレス曲げ戻し金型９，９と、一組の第２支持ローラ８，８と、油圧シリンダ１４を備え、プレス曲げ金型７とプレス曲げ戻し金型９，９が上下に対向配置されている。アルミニウム合金押出形材１を、プレス曲げ金型７と第１支持ローラ６，６でプレス曲げ加工した後、プレス曲げ戻し金型９，９と第２支持ローラ８，８でプレス曲げ戻し加工する。曲げ加工製品に発生する残留応力を低減して、応力腐食割れを防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、アルミニウム合金等からなる金属製形材のプレス曲げ加工装置に関するもので、特に金属製形材に発生する残留応力を小さくできる特定の曲げ加工方法を実施するためのプレス曲げ加工装置に関する。

アルミニウム合金製中空形材（押出形材）は、自動車用ドア補強材、バンパー補強材、ルーフ補強材など、衝突時に荷重を受け持ち、エネルギー吸収を行う部品やフレームへの適用が進んでいる。中でもＪＩＳ６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−（Ｃｕ）系）及び７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−（Ｃｕ）系）アルミニウム合金は、素材強度が高く、高強度エネルギー吸収部品として期待されている。

アルミニウム合金は、条件によっては応力腐食割れが生じることがしばしば問題になる。特に前記６０００系又は７０００系アルミニウム合金は、この応力腐食割れが生じやすいという問題がある。
応力腐食割れは、素材を加工したときに生じる残留応力に依存しており、素材強度に対して引張残留応力が高いほど発生しやすくなる。アルミニウム合金製中空形材は、車体フレームや補強材などに適用する際に、曲げ加工が要求される場合も多く、その曲げ加工後に残留する応力に起因して、前記応力腐食割れが発生する場合がある。
なお、鋼や銅合金など、他の金属材料についても同様の問題がある。

７０００系又は６０００系アルミニウム合金では、この応力腐食割れ性の向上を目的とする材料組成あるいは製造方法の開発が行われている（特許文献１〜３参照）。
しかし、これらの素材を用いても、加工条件によっては、一部に引張応力が残留し、応力腐食割れが発生する場合がある。これに対して、表面にショットピーニング加工を施すことで残留応力を低減する対策も見られるが（特許文献４参照）、後加工追加によるコストアップが問題になる。

加工後の熱処理による耐応力腐食割れ対策も一般的に行われている。例えば、耐力の低いＴ１調質状態での加工後に、Ｔ５あるいはＴ６処理（時効処理）を行うことで素材強度を増加させれば、素材強度に対する引張残留応力の割合を減少させることが可能となる。
しかし、Ｔ１調質材は、室温中でも自然時効するために、素材特性が変化しやすく、加工タイミングによってスプリングバック量が変化し、製品形状にバラツキが生じる。特に曲げ半径の大きい製品では、スプリングバック量自体が大きくなり、製品形状精度の確保が難しいという問題が生じる。

逆に素材特性が安定しやすいＴ５又はＴ６調質材を曲げ加工する場合、製品形状精度の確保はしやすくなるものの、残留応力が高いという問題が生じやすい。また、熱間加工（押出）で形成されるアルミニウム合金製中空形材の場合、Ｔ５，Ｔ６調質材でも素材のバラツキが生じやすく、加工条件の調整により製品形状のバラツキを低減することが必要になることが多い。

押出形材の曲げ加工方法については、プレス曲げ、押し付け曲げ、引張曲げ、ロール曲げなど、様々な方法がある。これらの曲げ加工方法はそれぞれ特徴があり、上記のような素材特性バラツキが生じた場合の加工条件調整方法もいくつか存在する（特許文献５，６）。また、曲げ加工に供される押出形材の断面形状についても、種々の提案（特許文献７，８参照）がなされている。

曲げ金型に素材を押し付けることで曲げ加工を行うプレス曲げ加工あるいは押し付け曲げ加工の場合は、工具自体が剛体で形成されている。このため、量産時に素材バラツキが生じた場合は、パンチ工具の押し込み量あるいは曲げ角度で調整することができる。金型コストがかかるが、曲げ加工後の残留応力が小さいという利点がある。

素材に張力を加えながら曲げ加工を行う引張曲げ加工では、張力を付与されることでスプリングバック量自体が小さく、寸法精度を確保しやすいという利点がある。また、素材特性にバラツキが生じた場合には、加工中に加える張力を変更することでスプリングバック量を調整し、所定の製品を得ることが可能になる。しかし、素材に張力を加えるためにクランプした端部は、曲げ加工後に、切断、廃棄することが必要であり、素材の歩留まり低下や加工工程追加によるコストアップが問題となる。

ロール曲げ加工の場合、ロール工具の押し込み量を変化させることで異なるＲの製品を製造することが可能である。つまり、素材特性や形状にバラツキが生じた場合にも、ロール工具の押し込み量を変更するだけで所定の形状精度の製品を得ることができる。このため、特に大Ｒの曲げ製品などスプリングバックの大きい条件の製品への適用に有利である。しかし、ロール曲げ加工は、特に中空形材を対象とした場合、曲げ加工後の製品に残留する応力が、プレス曲げ加工など他の曲げ加工方法に比べて高いという問題がある。

特公昭６１−２８７４４号公報 特開２００１−２０７２３３号公報 特開２００１−２４０９３０号公報 特開平５−３２０８３８号公報 特開２００８−２２９６４３号公報 特開平１０−２９０９６２号公報 特許第３５２５９７９号公報 特開２００２−２２５６５１号公報

アルミニウム合金製形材、特に６０００系又は７０００系アルミニウム合金製の部材では、残留応力が高くなると応力腐食割れ（ＳＣＣ）が生じやすく、前記したエネルギー吸収部材やフレームへの適用が難しくなるという問題がある。この応力腐食割れの問題は鋼についても同様に存在し、銅合金など他の金属材料でも同様である。

一方、発明者らは、残留応力低減の面で有利なプレス曲げ加工により、アルミニウム合金等の金属製形材の長手方向に曲率を付与する場合において、曲げ加工後の残留応力をさらに低減し、曲げ加工製品の耐ＳＣＣ（耐応力腐食割れ）性能を向上させることができるプレス曲げ加工方法を見出し、先に特許出願をした（特願２０１０−１８４４８）。
このプレス曲げ加工方法は、金属製形材（例えばアルミニウム合金の中空押出形材）を１回目のプレス曲げ加工で一方向に過剰に曲げ加工した後、２回目のプレス曲げ加工で逆方向に曲げ戻しを行い、これにより前記金属製形材について目標とする曲げ形状を得るというものである。

上記プレス曲げ加工方法において、２回目のプレス曲げ加工では、１回目のプレス曲げ加工後の金属製形材の曲げ形状の、基準値（目標とする曲げ形状の基準値）からのずれ量に応じて、曲げ金型の押し込み量を調整することが望ましい。より具体的には、量産開始前の初期の条件出しとして、前記ずれ量と、２回目のプレス曲げ加工で目標とする曲げ形状が得られる曲げ金型の押し込み量の対応関係を予め求め、量産開始後は、量産対象の個々の金属製形材について、１回目のプレス曲げ加工後に前記ずれ量を測定し、２回目のプレス曲げ加工において前記対応関係に基づいて決まる押し込み量で曲げ加工を行うようにする。なお、前記曲げ形状を表す指標として、例えば、金属製形材の両端を水平に置いたときの長さ方向中央部の高さ（曲げ高さ）が選定される。

上記プレス曲げ加工方法は、緩やかな曲線（小さい曲率）に加工されることが望まれる金属製形材製品の曲げ加工に好適であり、アルミニウム合金製形材であれば、例えば車体の軽量化と変形強度の確保の両立のために中空形材が望まれる自動車用ドア補強材、バンパー補強材、ルーフ補強材等のエネルギー吸収部材、クロスメンバーなどの曲げ加工に好適である。これらの部材は車体形状に応じて比較的緩やかな曲線に加工される。
本発明は、アルミニウム合金のほか、鋼、銅合金等、他の金属製形材に対しても適用し得るが、応力腐食割れ性に対する感受性が比較的高い６０００系又は７０００系アルミニウム合金製中空押出形材を素材とする場合に、特に好適である。

本発明は、上記プレス曲げ加工（プレス曲げ加工＋プレス曲げ戻し加工）を効率よく実施できるプレス曲げ加工装置を提供することを目的とする。

本発明に係るプレス曲げ加工装置は、上下方向に移動可能なプレス曲げ金型と、前記プレス曲げ金型と共にプレス曲げ加工を行う一組の第１支持ローラと、前記プレス曲げ金型を上下移動させる第１駆動装置と、上下方向に移動可能なプレス曲げ戻し金型と、前記プレス曲げ戻し金型と共にプレス曲げ加工を行う一組の第２支持ローラと、前記プレス曲げ戻し金型を昇降させる第２駆動装置を備え、前記プレス曲げ金型とプレス曲げ戻し金型は上下に対向配置され、前記第１，第２支持ローラは上下方向に互いに離れて配置され、かつ前記第１支持ローラは前記プレス曲げ戻し金型側に、前記第２支持ローラは前記プレス曲げ金型側に配置されていることを特徴とする。
ここで、「第１」，「第２」は単なる区別のためにのみ付与した番号である。

上記プレス曲げ加工装置は、望ましくは、プレス曲げ金型によるプレス曲げ加工後に前記金属製形材の曲げ形状の基準値からのずれ量を測定する測定装置と、前記プレス曲げ戻し金型の押し込み量を前記ずれ量に応じた押し込み量に制御する制御装置を備える。この場合、前記制御装置は、例えば、予め求められた前記ずれ量と前記押し込み量の対応関係に基づいて 前記プレス曲げ戻し金型の押し込み量を制御する。

本発明に係るプレス曲げ加工装置によれば、アルミニウム合金製形材等の金属製形材を素材として、先に説明した曲げ加工方法（一方向への過剰なプレス曲げ加工＋逆方向へのプレス曲げ戻し加工）を続けて実施することができ、目標とする曲げ形状を有し、曲げ加工後の引張残留応力が低く、耐ＳＣＣ（応力腐食割れ）性能に優れたプレス曲げ加工製品を製造することができる。
このプレス曲げ加工製品を、自動車用ドア補強材、バンパー補強材、又はルーフ補強材等の自動車用エネルギー吸収部材に適用した場合、経時変化に伴う応力腐食割れが防止されることで、き裂発生に伴う衝突性能の低下抑制という効果を得ることができる。

本発明に係るプレス曲げ加工装置を、アルミニウム合金製形材のプレス曲げ加工に適用する場合、応力腐食割れに対する感受性の高い６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−（Ｃｕ）系）又は７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−（Ｃｕ）系）アルミニウム合金への適用に対して最も効果があり、Ｔ１調質状態で曲げ加工後に時効処理（Ｔ５，Ｔ６）を行う場合はむろんのこと、時効処理（Ｔ５，Ｔ６）材を曲げ加工する場合であっても耐応力腐食割れ性を改善できる。

本発明に係るプレス曲げ加工装置で実施するプレス曲げ加工を工程順に説明する模式図である。 実施例に用いた中空形材の断面図である。 本発明に係るプレス曲げ加工装置の正面図である。 その側面図である。 実施例で成形したプレス曲げ製品の残留応力値を示すグラフである。

はじめに、図１，２を参照して、本発明に係るプレス曲げ加工装置で実施するプレス曲げ加工方法について説明する。このプレス曲げ加工方法は、例えば図２に示す断面のアルミニウム合金製中空押出形材１に対し、長手方向に沿って大Ｒの曲率を付与して、自動車のドア補強材（ドアビーム）とするために行われる。中空押出形材１は、衝突面側に略鉛直に向けて配置されるフランジ２、車体側に配置されるフランジ３、両フランジ２，３を連結し両フランジ２，３に略垂直なウエブ４，５からなり、ウエブ４，５に平行な面内で曲げ加工が行われる。

図１（ａ）は、素材としての真直な中空押出形材１を示す。図１（ｂ）は、プレス曲げ加工の第１工程（１回目のプレス曲げ加工）を模式的に示すもので、１組（２個）の第１支持ローラ６，６により中空押出形材１の両端近傍を支持し、中央に位置するプレス曲げ金型７をフランジ３に当接させ、第１支持ローラ６，６の間に押し込み（白抜き矢印参照）、中空押出形材１をプレス曲げ金型７の成形面の曲率（長さ方向の全長にわたって一定である必要はない）とプレス曲げ金型７の押し込み量に対応する所定の曲げ形状に曲げ加工する。

このときのプレス曲げ金型７の押し込み量は、目標とする曲げ形状が得られる適正押し込み量より大きく設定する。つまり、第１工程では、プレス曲げ金型７の押し込み量を適正値よりあえて大きくし、中空押出形材１を過剰に（目標より小さい曲率半径に）曲げ加工する。
図１（ｃ）に、プレス曲げ金型７が後退して無負荷状態となり、スプリングバックが生じた中空押出形材（以下、中間材１Ａという）を示す。中間材１Ａは、スプリングバックにより、曲率半径が図１（ｂ）の状態よりかなり大きくなっている。なお、図１（ｃ）において、中間材１Ａは両端が水平な計測台１１，１１の上に置かれている。

ここでは、中間材１Ａの曲げ形状（円弧形状）を特徴付ける指標として、測定のしやすさから、両端を水平に置いたときの長さ方向中央部の曲げ高さ（計測台１１，１１からの高さ）ｄ_１が選定される。最終的な曲げ加工製品の曲げ高さの基準値をｄ_０、その寸法公差をαとしたとき、該曲げ加工製品の目標曲げ高さは（ｄ_０−α）〜（ｄ_０+α）の範囲となるが、中間材１Ａの曲げ高さｄ_１は、意図的に上記範囲を外れるように設定される（ｄ_１＞ｄ_０+α）。

中間材１Ａの曲げ高さｄ_１と、曲げ加工製品の曲げ高さの基準値ｄ_０との差が、ずれ量Δｄ（＝ｄ_１−ｄ_０）である。このずれ量Δｄの大きさは、初期の条件出しにおいて適宜設定すればよいが、アルミニウム合金形材であれば、０．１≦（Δｄ／ｄ_０）≦０．２５程度の範囲に設定することで、残留応力軽減及び生産性の面でよい結果が得られる。すなわち、Δｄ／ｄ_０が余り小さいと残留応力軽減の効果が少なく、余り大きいとプレス曲げ金型７のストロークが（後述するプレス曲げ戻し金型９，９のストロークも）大きくなり、生産性が低下する（プレス曲げ加工の時間が多く掛かる）。

図１（ｄ）は、プレス曲げ加工の第２工程（２回目のプレス曲げ加工、すなわちプレス曲げ戻し加工）を模式的に示すもので、１組（２個）の第２支持ローラ８，８により中間材１Ａの両端近傍を支持し、中央付近の２箇所に対称的に位置し同時に移動する一対の半円筒形のプレス曲げ戻し金型９，９をフランジ２に当接させ、第２支持ローラ８，８の間に押し込み（押し込み量Ｓ）、中間材１Ａを逆方向にプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）する。
図１（ｅ）に、曲げ戻し金型９，９が後退し、計測台１１，１１上に置かれた中空押出形材（以下、曲げ加工製品１Ｂという）を示す。曲げ加工製品１Ｂは、無負荷状態となりスプリングバックが生じ、曲率半径が図１（ｄ）の状態よりかなり小さくなっている。

曲げ加工製品１Ｂの曲げ高さ（計測台１１，１１からの高さ）ｄ_２は、中間材１Ａの曲げ高さｄ_１より当然小さい（ｄ_２＜ｄ_１）。そして、２回目のプレス曲げ加工では、曲げ加工製品１Ｂの曲げ高さｄ_２が、曲げ加工製品の目標曲げ高さ（ｄ_０−α≦ｄ_２≦ｄ_０＋α）の範囲に収まるように、曲げ戻し金型９，９の押し込み量Ｓを調整する。
このように２段階のプレス曲げ加工（プレス曲げ加工及びプレス曲げ戻し加工）を行うことにより、一度のプレス曲げ加工で所定の曲げ形状（曲げ半径）を得る従来法に比べて、曲げ加工製品１Ｂの残留引張応力を大幅に軽減することができる。

一方、押出形材では、同じ材質であっても、押出ダイス摩耗等に起因する素材断面形状寸法の変化や素材の機械的特性のバラツキが大きく、このため、１回目のプレス曲げ加工においてプレス曲げ金型７の押し込み量を一定にしても、押出形材毎（特に製造ロット毎）に、曲げ高さのずれ量Δｄ（＝ｄ_１−ｄ_０）にバラツキが生じる。これは、特に大Ｒ曲げ（大きい半径への曲げ）の場合に顕著である。
２回目のプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）後の曲げ加工製品１Ｂの曲げ高さｄ_２を、目標曲げ高さの範囲内（ｄ_０−α≦ｄ_２≦ｄ_０＋α）で安定して得るには、１回目のプレス曲げ加工後の中間材１Ａの曲げ高さのずれ量Δｄ（＝ｄ_１−ｄ_０）の大きさに応じて、２回目のプレス曲げ加工のプレス曲げ戻し金型９，９の押し込み量Ｓを調整することが望ましい。

ずれ量Δｄ（＝ｄ_１−ｄ_０）の大きさが変わると、目標曲げ高さ（ｄ_０−α≦ｄ_２≦ｄ_０＋α）が得られる押し込み量Ｓも変わる。従って、例えば量産開始前に、予め、１回目のプレス曲げ加工後の中間材１Ａの曲げ高さのずれ量Δｄの大きさと、２回目のプレス曲げ加工の曲げ戻し金型９，９の押し込み量Ｓ（目標曲げ高さ（ｄ_０−α≦ｄ_２≦ｄ_０＋α）が得られる押し込み量Ｓ）の対応関係を求めておき、量産開始後は、第１工程のプレス曲げ加工後に実際の曲げ高さのずれ量Δｄを測定し、前記対応関係に基づいて、測定された曲げ高さのずれ量Δｄに対応する押し込み量Ｓを求め、この押し込み量Ｓで２回目のプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）を行って、目標曲げ高さ（ｄ_０−α≦ｄ_２≦ｄ_０＋α）を有する曲げ加工製品１Ｂが得られるようにする。

前記対応関係は、基本的に、量産用のアルミニウム合金中空押出材を用い、量産用の実機で実験して求めることができるが、必要に応じて一部にＦＥＭ解析を援用して求めることもできる。
なお、前記押し込み量Ｓとして、例えば、２回目のプレス曲げ加工における曲げ戻し金型９，９の全ストローク（上端の待機位置（定位置）から加工を停止するまでの移動距離）、あるいは曲げ戻し金型９，９が中空押出形材１に当接してから押し込みを停止するまでのストロークを選定することができる。

前記対応関係は、例えば、曲げ高さのずれ量Δｄの数値と対応する押し込み量Ｓの数値を表１に示すテーブルで表したり、あるいは押し込み量ＳをΔｄの関数として表す（Ｓ＝ｆ（Δｄ））ことができる。この対応関係を制御装置のメモリに記憶させておき、測定した曲げ高さのずれ量Δｄの数値から、押し込み量Ｓを直ちに算出できるようにしておくことが望ましい。なお、表１のテーブルにおいて、測定したずれ量Δｄの数値がテーブル内の例えばΔｄ_３とΔｄ_４の間の値であった場合、Ｓ_３とＳ_４の間の値を公知の補間法により対応する押し込み量Ｓとして算出すればよい。前記制御装置は、算出した押し込み量Ｓに応じて、曲げ戻し金型９，９の駆動源が例えば油圧シリンダであれば、油圧ポンプを駆動するサーボモータを制御する。

なお、上記の例では、中間材１Ａ及び曲げ加工製品１Ｂの曲げ形状（円弧形状）を特徴付ける指標として、これらを計測台１１，１１上に置いたときの長さ方向中央部の前記計測台１１，１１からの高さ（曲げ高さ）を選定したが、このほか、水平面上に置いた中間材１Ａ及び曲げ加工製品１Ｂの端部の接線角度θ（図１（ｃ）参照）、あるいは中間材１Ａ及び曲げ加工製品１Ｂの曲率又は曲率半径そのものを用いることもできる。

また、上記の例では、２工程のプレス曲げ加工を行って、目標値から所定の寸法公差範囲内（曲げ高さｄ_０±α）の曲げ形状を得たが、２回目のプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）後の曲げ加工製品１Ｂの曲げ高さｄ_２を測定したとき、万一、曲げ高さｄ_２が目標曲げ高さの範囲内でなかった場合（ｄ_２＞ｄ_０＋α）、さらに１回又は２回以上の追加のプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）を行って、目標とする曲げ形状を得るようにしてもよい。具体的には、２回目のプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）後に、曲げ戻し金型９，９により３回目のプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）を行う。このときの曲げ戻し金型９，９の押し込み量Ｓは、前記対応関係に基づいて算出すればよい。さらに追加のプレス曲げ戻し加工を行う場合も同様である。

図３，４に本発明に係るプレス曲げ加工装置の代表例を示す。
このプレス曲げ加工装置は、１工程目のプレス曲げ加工を行う装置と、２工程目のプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）を行う装置を有し、それぞれの装置がプレス曲げ金型（又はプレス曲げ戻し金型）と支持ローラ及び駆動源を有する。すなわち、プレス曲げ加工装置は、フレーム１２に設置された第１油圧シリンダ１３、第１油圧シリンダ１３のピストンロッドの先端に設置され、上下方向に移動可能なプレス曲げ金型７、及び水平に配置され、前記プレス曲げ金型７と協働してプレス曲げ加工を行う１組（２個）の第１支持ローラ６，６と、同じくフレーム１２に設置された第２油圧シリンダ１４、第２油圧シリンダ１４のピストンロッドの先端に設置され、上下方向に移動可能な一対のプレス曲げ戻し金型９，９、及び水平に配置され、前記プレス曲げ戻し金型９，９と協働してプレス曲げ戻し加工を行う１組（２個）の第２支持ローラ８，８を有する。また、プレス曲げ金型７とプレス曲げ戻し金型９，９のストロークを制御する制御装置が設置されている。

プレス曲げ金型７は成形面が上方を向き、プレス曲げ戻し金型９，９は成形面が下方を向き、上下に対向配置されている。また、第１支持ローラ６，６と第２支持ローラ８，８は上下方向に互いに所定距離離れて、第１支持ローラ６，６が上方側（プレス曲げ戻し金型９，９側）、第２支持ローラ８，８が下方側（プレス曲げ金型７側）に配置されている。第１支持ローラ６，６と第２支持ローラ８，８の間隙をアルミニウム合金押出形材２が水平方向に自由に通過し得るようになっている。この配置であれば、アルミニウム合金押出形材２に対するプレス曲げ加工及びプレス曲げ戻し加工を、連続して行うことができる。プレス曲げ金型７及び第１支持ローラ６，６の組と、プレス曲げ戻し金型９，９及び第２支持ローラ８，８の組の位置が逆転していてもよい。また、この例では第１支持ローラ６，６及び第２支持ローラ８，８は上下方向の位置が固定されている。１５，１６はプレス曲げ金型７とプレス曲げ戻し金型９，９のガイドロッドである。

アルミニウム合金押出形材２の搬入側（図３の左側）に、第２支持ローラ８，８と同じ搬送高さの搬入ローラ１７が配置され、第２支持ローラ８，８の間に搬送ローラ１８，１８が配置され、第２支持ローラ８，８を挟んで搬入ローラ１７の反対側に位置決め用のストッパー１９が配置されている。第２支持ローラ８，８の両側に近接して水平な計測台１１，１１が配置され、その中間位置に前記曲げ高さを計測する測定装置（例えばレーザ位置計測装置）２１が設置されている。

搬入側の第２支持ローラ８はモータにより回転可能である。搬送ローラ１８，１８は軸方向（図３において紙面に垂直方向）に進退可能である。計測台１１，１１は、待機位置（図３に示す位置）と計測位置（第２支持ローラ８，８より上の位置）の間を上下方向に移動可能である。
プレス曲げ金型７、プレス曲げ戻し金型９，９、第１支持ローラ６，６、第２支持ローラ８，８、及び搬送ローラ１８，１８は、図３に示すように左右対称に配置され、図４に示すように上下方向に揃って配置されている。

図３，４に示すプレス曲げ加工装置によるプレス曲げ加工を、図１も同時に参照しつつ、工程順に説明する。
（１）搬送ローラ１７及び搬入側の第２支持ローラ８を回転させ、アルミニウム合金押出形材１をプレス曲げ加工装置に搬入し、図３に示すようにストッパー１９に当接させ、位置決めする。
（２）搬送ローラ１８，１８を退避（図３において紙面後方に）させ、油圧シリンダ１３を作動させてプレス曲げ金型７を下方の待機位置（図３の位置）から上方に移動させ、第１支持ローラ６，６間に押し込み、アルミニウム合金押出形材１に対し１回目のプレス曲げ加工を施す。このときのプレス曲げ金型７の押し込み量は、アルミニウム合金押出形材１が上方に過剰にプレス曲げ加工されるように選択される。曲げ加工後のアルミニウム合金押出形材１が中間材１Ａ（図１（ｃ）参照）である。

（３）油圧シリンダ１３を逆に作動させてプレス曲げ金型７を待機位置に戻し、同時に計測台１１，１１を待機位置から上方の計測位置に移動させる。これにより中間材１Ａが計測台１１，１１の上に置かれ、計測装置２１により曲げ高さｄ_１が測定される（図１（ｃ）参照）。
（４）制御装置が、測定された曲げ高さｄ_１と曲げ高さの基準値ｄ_０から曲げ高さのずれ量Δｄ（＝ｄ_１−ｄ_０）を算出し、先に図１を参照して説明したように、初期の条件出しで求めたずれ量Δｄと押し込み量Ｓ（２回目のプレス曲げ加工における曲げ戻し金型９，９の押し込み量）の対応関係に基づいて、測定されたずれ量Δｄに対応する押し込み量Ｓを求める。

（５）計測台１１，１１を計測位置から下方の待機位置に移動させ、油圧シリンダ１４を作動させてプレス曲げ戻し金型９，９を上方の待機位置（図３の位置）から下方に移動させ、第２支持ローラ８，８間に押し込み、中間材１Ａに対し２回目のプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）を施す。このときのプレス曲げ戻し金型９，９の押し込み量Ｓは、上記（４）で計算された値である。プレス曲げ戻し加工後のアルミニウム合金押出形材１が、先に図１を参照して説明した曲げ加工製品１Ｂである。
（６）油圧シリンダ１４を逆に作動させてプレス曲げ戻し金型９，９を待機位置に戻し、同時に計測台１１，１１を待機位置から上方の計測位置に移動させる。これにより曲げ加工製品１Ｂが計測台１１，１１の上に置かれ、計測装置２１により曲げ高さｄ_２が測定される（図１（ｅ）参照）。

（７）曲げ高さｄ_２が目標値から所定の寸法公差範囲内（曲げ高さｄ_０±α）のとき、図示しない搬出装置により曲げ加工製品１Ｂをプレス曲げ加工装置から排出する。また、計測台１１，１１が待機位置に下降し、搬送ローラ１８，１８が搬送位置（図３の位置）に復帰する。
一方、曲げ高さｄ_２が寸法公差範囲外（ｄ_２＞ｄ_０＋α）のとき、３工程目のプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）を行う。このときのプレス曲げ戻し金型９，９の押し込み量Ｓも、前記対応関係に基づいて求めるようにすればよい。さらに追加のプレス曲げ戻し加工を行う場合も同様に行えばよい。

図２に示す断面形状（単位：ｍｍ）をもつ７０００系アルミニウム合金押出形材のＴ５処理材を、長さ１０２０ｍｍに切断し（端部は斜め切断）、図３，４に示すプレス曲げ加工装置により、曲率半径１００００ｍｍへのプレス曲げ加工を行った。なお、Ｎｏ．１〜３は同じ押出ロット、Ｎｏ．４〜６も同じ押出ロットから切断したものだが、Ｎｏ．１〜３とＮｏ．４〜６はロットが異なる。

Ｎｏ．１，４は、１回目のプレス曲げ加工として、図１（ｂ）に示す態様で、押出形材の両端部を第１支持ローラ６，６で支持し、中央部にプレス曲げ金型７を押し込んで曲げ加工を行った。続いて、２回目のプレス曲げ加工として、図１（ｄ）に示す態様で、両端部を第２支持ローラ８，８で支持し、長さ方向中央付近にプレス曲げ戻し金型９，９を押し込んで逆方向にプレス曲げ加工（プレス曲げ戻し加工）を行った。Ｎｏ．１，４とも、１回目のプレス曲げ加工（順曲げ）の押し込み量は３５ｍｍ、２回目のプレス曲げ加工（曲げ戻し）の押し込み量は２０ｍｍとした。ここでいう押し込み量は、プレス曲げ戻し金型９，９が形材に当たってからのストロークである。

Ｎｏ．２，５は、１回目のプレス曲げ加工のみを、１回目のプレス曲げ加工のみを、図１（ｂ）に示す態様で行った。Ｎｏ．２，５とも、プレス曲げ加工（順曲げ）の押し込み量は２０ｍｍとした。
Ｎｏ．３，６は、１回目のプレス曲げ加工を図１（ｂ）に示す態様で行い、２回目のプレス曲げ加工を同じく図１（ｂ）に示す態様で行った。Ｎｏ．３，６とも、１回目のプレス曲げ加工（順曲げ）の押し込み量は１５ｍｍ、２回目のプレス曲げ加工（追加順曲げ）の押し込み量（この場合はストロークの増分）を１０ｍｍとした。

一方、曲げ形状を示す指標として曲げ高さ（両端を水平に置いたときの長さ方向中央部の高さ）を選定し、プレス曲げ加工後の曲げ高さを測定し、曲げ加工製品の曲げ高さの基準値とのずれ量Δｄを求めた。その結果を表２に示す。なお、曲げ加工製品の曲げ高さの基準値は７ｍｍである。寸法公差は±０．３ｍｍに設定した。Ｎｏ．１〜６はいずれも目標曲げ形状（曲げ高さ）が得られていた。

また、Ｎｏ．１〜６について、形材の長さ方向中央位置と、そこから左右に２００ｍｍの位置において、曲げ内側フランジ３のウエブ近傍位置（図２に×印で示す箇所、大きい残留応力が発生しやすい）の残留応力値を測定した。その結果を図５に示す。図５において、測定位置２が形材の長さ方向中央位置、測定位置１，３がそこから左右に２００ｍｍの位置を意味する。また、残留応力の最大値を表２に示す。
なお、測定方法は、歪みゲージによる切断開放法を用いた。曲げ内側フランジの前記測定位置１，２，３表面にそれぞれ歪みゲージを瞬間接着剤で貼り着け、歪みゲージのリード線を歪み計に接続した後、歪みゲージ周辺を切断して応力開放し、切断前後の歪み量の差を歪み計で測定し、その測定値と形材のヤング率から残留応力値を算出した。

表２及び図５に示すように、１回目のプレス曲げ加工後、２回目のプレス曲げ加工で曲げ戻しを行い、目標とする曲げ形状を得たＮｏ．１，４は、１回目のプレス曲げ加工で目標とする曲げ形状を得たＮｏ．２，５や、１回目のプレス曲げ加工後、２回目のプレス曲げ加工で追加の順曲げを行ったＮｏ．３，６に比べ、残留応力が大きく低減していた。

１ アルミニウム合金中空押出形材
６ 第１支持ロール
７ プレス曲げ金型
８ 第２支持ロール
９ プレス曲げ戻し金型
１１ 計測台
１３ 第１油圧シリンダ
１４ 第２油圧シリンダ
１７ 搬入ローラ
１８ 搬送ローラ
１９ ストッパー
２１ 計測装置

Claims (3)

1. 上下方向に移動可能なプレス曲げ金型と、前記プレス曲げ金型と共にプレス曲げ加工を行う一組の第１支持ローラと、前記プレス曲げ金型を上下移動させる第１駆動装置と、上下方向に移動可能なプレス曲げ戻し金型と、前記プレス曲げ戻し金型と共にプレス曲げ加工を行う一組の第２支持ローラと、前記プレス曲げ戻し金型を昇降させる第２駆動装置を備え、前記プレス曲げ金型とプレス曲げ戻し金型は上下に対向配置され、前記第１，第２支持ローラは上下方向に互いに離れて配置され、かつ前記第１支持ローラは前記プレス曲げ戻し金型側に、前記第２支持ローラは前記プレス曲げ金型側に配置されていることを特徴とする金属製形材のプレス曲げ加工装置。
2. さらに、前記プレス曲げ金型によるプレス曲げ加工後に、前記金属製形材の曲げ形状の基準値からのずれ量を測定する測定装置と、前記プレス曲げ戻し金型の押し込み量を前記ずれ量に応じた押し込み量に制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載された金属製形材のプレス曲げ加工装置。
3. 前記制御装置は、予め求められた前記ずれ量と前記押し込み量の対応関係に基づいて 前記プレス曲げ戻し金型の押し込み量を制御することを特徴とする請求項２に記載された金属製形材のプレス曲げ加工装置。

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