JP2018532598A - 曲げ方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は，鋼材等の材料シートのエアー曲げ方法を提供する。この方法は，二段階曲げステップを特徴とし，ここに，第２曲げステップにおける曲げパンチは，第１曲げステップで使用されるダイ幅よりも小さい半径及び／又はダイ幅を有する。本発明に係る方法は，材料，特に高強度鋼材の曲げ性を顕著に改善するものである。本発明は，更に，本発明の方法を実施するのに特に適合する新規な曲げ装置も提供する。この装置は，第１ダイの下方でその内部に配置された幅狭の第２ダイを有する入れ込み式二重ダイと，第２ダイ幅を形成するための調整の間に材料を移動可能とする高さ調整手段を（支持体及び曲げパンチの一方又は双方の内部に）有する，調整可能なダイとを含む。【選択図】図4c

Description

本発明は，材料の曲げ方法，即ち，引張応力下で変形性を有する材料の曲げ方法，特に，低脆性材料の曲げ性を改善可能とするエアー曲げ方法に関する。
鋼材等の材料は，しばしばロールを使用して材料シート（又は材料プレート）に加工される。これらは，そのままでシート材又はプレート材として使用可能ではあるが，しばしば各種の成形技術，例えば曲げ加工等により，非平坦形状に加工される。
材料を曲げるためには幾つかの方法があり，これにはエアー曲げ，折り曲げ及びロール成形が含まれる。
エアー曲げ方法は，材料を開口（ダイ開口）上に位置決めし，曲げパンチを材料に対して垂直に，ダイのエッジ部間の等間隔位置で押し込む三点自由曲げ方法である。エアー曲げにおいて，底部工具はパンチと同径とする必要がない。パンチは，ダイ側壁との間隔が材料肉厚よりも実質的に大きくなるように曲げ部を形成する。従って，曲げ径は，工具形状ではなく，材料の弾塑性挙動によって決定される。
折り曲げは，材料をクランプし，曲げパンチにより材料を曲げ型周りで折り込むことにより行われる。曲げパンチは材料を曲げ型に対して効果的に押し付けるものであり，従って，パンチ及び曲げ型の間隔は，典型的には材料肉厚に近い。エアー曲げとは対照的に，材料の形状及び曲げ径は，工具形状及び材料特性の影響を受ける。
折り曲げプロセスは，一回の曲げ操作によりＵ字形状プロファイルや多重曲げ形状（例えば，矩形Ｕ字形状）を形成するためにも使用可能である。このようなプロセスは，典型的には，折り曲げに際して材料をクランプし，かつ，ダイ内に引き込むよう，曲げパンチとは反対側に加えられる反力も必要とする。
典型的に，ダイ及びパンチは，曲げプロセスの間，所定の寸法及び形状を有する。しかしながら，調整可能なダイ及び多段階プロセスが既知である。
例えば，特許文献１は，二段階曲げ工程を特徴とする折り曲げ方法を開示している。パンチ及び／又はダイを第１及び第２曲げ段階の間に調整して，各段階における曲げの軌跡を異ならせる。かくして，曲げに付随するスプリングバック効果が緩和される。
特許文献２は，長手方向に沿って曲げられたプロファイル（即ち，長手方向軸線と，これに対して直角な幅方向軸線を有する成形材料であって，幅方向軸線に沿う曲げと，長手方向軸線に沿う曲げを有する材料）を生成する折り曲げ方法を開示する。曲げは，異なる曲げ径を有する異なる部分を有するダイ部材を使用して形成されるものである。
ロール成形において，曲げ加工は，曲げるべき材料の上方及び下方に配置された多数のロールに材料を通すことにより，数段階で行われる。上下のロールを使用することにより，材料は工具形状に追従し，高強度材料であっても小さい曲げ径での加工が可能である。しかしながら，この方法は，特に少量生産にあっては比較的高価である。
ロール成形において，パンチ及びダイ部分は，互いに協働して材料をダイ／パンチ装置に通して移動させることにより，材料に曲げ部を形成する。特許文献３は，ダイ部分の幅を調整可能とした改良型ロール曲げ装置を開示している。一実施形態において，バネがダイ部分における鋸歯状面及び支持体を，両者間で滑りが生じないように相互に押圧する。
調整可能なダイは，エアー曲げについても既知であり，例えば特許文献４に開示されている。
金属材料の脆性は，大きく変動し得るものである。往々にして，先進高強度鋼材（AHSS）は高度に結晶性である。これは，一般的には高い降伏強度を提供するが，脆性は著しく損なわれる。金属材料シートは，いずれもその曲げ性（即ち，90°曲げ部の内側曲線半径と，シート肉厚ｔとの比）によって特徴づけられ，一般的に高強度材料はtの数倍である曲げ半径を有する。金属材料がその最小曲げ半径を下回るレベルで曲げられると，曲げ部の外面が変形して，滑らかな湾曲ではなく，局所的な平坦化を呈する傾向があり，これは曲げ部における歪みの局在化及び金属材料における潜在的な脆弱部を表すものである。
高強度材料における曲げ性の欠如は，ある用途についての高強度材料の有用性を阻害するものであり，従って，曲げ性能を改善した高強度金属材料へのニーズが生じている。曲げ性を改善する一つの方法は，材料自体を改質して，強度及び脆性をより効果的にバランスさせた改良型材料を提供することである。
本発明は，この方策に対する代替手段を提供し，改良された曲げ方法によって材料の曲げ性を改善しようとするものである。特に，曲げ部内における平坦化や，歪みの局在化に係る問題点を，材料自体の改質ではなく，新規な曲げ技術を適用して解消する。
欧州特許第0055435号明細書 米国特許第5,953,951号明細書 米国特許第3,890,820号明細書 ドイツ特許第2418668号明細書
本発明は，材料プレートに曲げ部を形成する方法を提供する。この方法は：
第１エアー曲げステップにおいて，第１曲げパンチと，第１ダイ幅を有する第１ダイを使用して第１曲げ力を印加することにより，材料プレートにエアー曲げを施し，次に，
第２エアー曲げステップにおいて，第２曲げパンチと，第２ダイ幅を有する第２ダイを使用して第２曲げ力を印加することにより，前記材料プレートにエアー曲げを施し，前記第１及び第２曲げ力を，前記プレートの同一個所に同一方向から印加する方法において，
前記第２ダイ幅が，前記第１ダイ幅よりも小さいこと，及び／又は
前記第２曲げパンチの半径が，前記第１曲げパンチの半径よりも小さいことを特徴とする。
本明細書を通じて使用される表現「同一個所」における用語「個所」とは，パンチ及びプレートの接触エリアに対応する，プレートにおける狭く局所化された領域を指すことを意図している。
本明細書を通じて使用される表現「材料プレート」における用語「プレート」とは，材料片を含む任意の部品，又は少なくとも１つの材料平坦部を含む任意の部品，例えば，任意の熱間又は冷間圧延された金属製品を指すことを意図している。典型的に，プレートは，曲げられる材料の全部分に亘って一定の肉厚を有する。
エアー曲げは，材料プレートを曲げるための周知技術である。簡単に言えば，エアー曲げは，材料のプレート（又はシート）をダイ（典型的には，丸み付けした頂部を有するV字形状溝）のエッジ部及びパンチの先端部と接触させることを含む。パンチをダイ開口のエッジ部から等間隔位置においてダイの溝と整列させる（即ち，平行に配置する）。次にパンチを，ダイの頂部を超えて開口内に，ダイの底部と接触させることなく押し込む。開口は，典型的には加工材に求められる角度よりも深い。これにより，曲げの全体に亘って，加工材のスプリングバックを補償することができる。
上述したように，エアー曲げに際して形成される曲げ半径は，工具形状ではなく，材料の弾塑性挙動により決定される。これは，パンチとダイ側壁との間隔が，曲げられる材料の肉厚よりも実質的に大きく，曲げの間に材料がダイ開口の底部に接触しないために生じるものである。
エアー曲げは，三点自由曲げ法と記述することができる。換言すれば，曲げ部は，もっぱら３つの支持点が材料に印加する力，即ち，曲げパンチが印加する力と，２つのダイエッジ部が印加する反力とによって形成されるものである。
実際には，ダイエッジ部は，曲げ加工の間に材料をダイエッジ部上で容易に移動可能とし，かつ，スクラッチやその他の損傷を回避可能とするよう，通常はローラで構成される。
同様に，曲げパンチは，中央アクセス部に関して対称的であり，典型的には，金属プレートと接触する連続曲面を有する。（即ち，パンチは，金属プレートとの接触エリアにおける断面プロファイルにコーナーや不連続性を有しない。）パンチの曲率は凸状であり，従って，パンチは，曲げ加工されるプレートに向けて外向きに湾曲する。このようにして，プレートは，曲げ加工の間に下向き移動する際，パンチ周りに均等に巻き付くことにより，単一の対称的な曲げ部が曲げ加工の間に金属プレートに形成される。
エアー曲げは，曲げパンチとは反対側における材料の反対側面に反力を印加する必要がない点において，時には「自由曲げ」とも称される。従って，材料は曲げパンチ及び反対側のカウンターパンチによってクランプされるものではない。
エアー曲げは，曲げられる材料の全長に亘って一定の曲げ力を印加するものである。従って，エアー曲げの間，曲げパンチは曲げられる材料の長手方向に延在する。更に，ダイエッジ部及び曲げパンチは平行（即ち，真直で，全長に沿って等間隔）であり，従って，曲げられる材料の全長に沿って単一の，均一な曲げ部を形成する。
別の観点によれば，本発明は，材料プレートに曲げ部を形成する方法を提供する。この方法は：
ａ）材料プレートを，第１ダイ幅だけ離間した平行なダイ支持部の第１対の間に支持し；
ｂ）プレートを，第１曲げステップにおいて第１曲げベンチを介して第１曲げ力を印加することにより曲げ，第１曲げ力は，平行なダイ支持部の第１対の支持面により形成される平面に対して垂直であって，平行なダイ支持部の第１対の間の中心線においてプレートと交差する平面内で作用させ，第１曲げパンチを，少なくともプレートの全長に亘って延在させ；
ｃ）プレートを，第２曲げステップにおいて第２曲げベンチを介して第２曲げ力を印加することにより曲げ，プレートを，第２曲げステップの間に第２ダイ幅だけ離間した平行なダイ支持部の第２対の間に支持し，第２曲げ力を，第１曲げ力と同一の平面内で作用させ，第２曲げパンチを少なくともプレートの全長に亘って延在させ，第２曲げパンチにより，第２曲げステップの間に第２曲げ力を，第１曲げ力と同一の個所及び同一の方向に印加する方法において，
第２ダイ幅が，第１ダイ幅よりも小さいこと，及び／又は
第２曲げパンチの半径が，第１曲げパンチの半径よりも小さいことを特徴とする。
好適には，第２曲げパンチの半径が第１曲げパンチの半径よりも小さい場合，第１及び第２ダイ幅は同幅とする。
同様に，第２ダイ幅が第１ダイ幅よりも小さい場合，好適には，第１曲げパンチの半径は，第２曲げパンチの半径と同径とする。
本発明に係る方法において，プレートの幅は（平行なダイ支持部の対の間における）ダイ開口を横切って延在する寸法であり，プレートの長さは支持部と平行に延在する寸法であり，プレートの肉厚は曲げの間にパンチが押し込まれる方向に延在する寸法である。ここに，「曲げパンチを，少なくとも前記プレートの全長に亘って延在させ」との表現は，曲げパンチがプレート全体に力を印加して，座屈を生じることなく均等な曲げ部を形成できることを意味する。
「ダイ支持部」とは，金属プレートと接触するダイのエリアを意味する。典型的に，ダイ支持部は，曲げパンチがプレートの中心部を押し下げて曲げ部を形成する際に，プレートがダイ開口内に容易に転動するよう，丸み付けが施されたエッジ部を有する。好適には，ダイは「ローラダイ」（ある軸線周りで遊転する円筒体）で構成され，摩擦を低減する。２つのダイ支持部は，ダイ開口を横切る均等な間隔を担保するものである。
更に，本発明において，「上方」及び「下方」とは，ダイ開口，即ち，ダイ支持部間平面に関する位置を指す。ここに，「上方」はダイ開口の上方であり，「下方」はダイ開口の下方である。即ち，ダイ開口の下方スペースは，金属プレートに曲げ部を形成するため，曲げパンチがダイ開口の上方から下方に押し下げられて，金属プレートが曲げられ，更にはエアー曲げが行われる間に，金属プレートが占めるスペースである。
本発明に係る方法は，標準的なエアー曲げ技術と類似しているが，ダイ幅（即ち，支持面の間隔）及び／又はパンチ半径（即ち，曲げパンチにおける材料との接触部の半径）によって異なる二段階曲げステップを有する点で相違している。出願人は，二段階曲げ方法を適用することにより，曲げ性を，標準的な空気曲げ方法と対比して40％まで向上し得ることを見出した。
「曲げ性」とは，90°曲げ部の最小内側半径及びシート肉厚の比，又は，材料の曲げ限界において90°曲げ部の内側半径を達成するためにシート肉厚を乗じるべき回数を意味する。曲げ性は，しばしば「90°曲げ部についての最小半径」（形成途上の曲げ部に歪みを生じさせることなく，90°曲げ部について達成可能な最小半径）とも称され，材料肉厚tの倍数として表現される。
理論に拘泥するものではないが，高強度材料における平坦化傾向につながる主要因は，高い降伏強度比と，典型的には非常に低い歪み硬化挙動であると確信される。これら特性の組み合わせは，曲げ加工の間に材料の狭い領域に生じる歪みの局在化である。歪みに対する高い降伏比は，フランジ部の塑性変形に悪影響を及ぼす。
降伏比（降伏強度の引張強度に対する比）が高い材料を使用する場合，通常のセットアップで，即ち，ダイ幅が肉厚の10-13倍という条件下でエアー曲げを行えば，パンチとの接触点の直近領域を除き，殆んどの領域で湾曲形状の塑性変形が生じない。換言すれば，フランジの角度変形の大部分は非常に局所的に生じることとなり（ヒンジのように），従って，フランジに沿う塑性歪み分布が低下する。このような場合，局在化や，曲げ部平坦化等の現象を生じるリスクが増大する。ダイ幅を増加させれば，変形の大部分が生じるフランジ領域が拡大し，歪み分布をより好適なものとすることができる。
これらの効果を，図１に線図的に示す。降伏強度比の特性は，従来の応力歪みデータに結び付く。しかしながら，曲げモーメント図（即ち，モーメント対曲げ半径の逆数）は，曲げの間の材料挙動を研究するためのより正確な手段を提供する。フランジの実際の曲率は，図1aに示すような曲げモーメント図から，モーメント曲線の上方エリアを研究することによって導き出すことができる。
モーメント曲線の上側エリアは，フランジの実際の曲率形状に比例する。図1aは，二種類の材料を比較するものである。一方の材料（A）は降伏強度比が高く，他方の材料（B）は降伏強度比が低い。
パンチ302は対称面304内を移動して材料A又はBをダイ307の間で曲げ角α/2 306まで曲げる。これらの材料の降伏強度比が異なるため，曲げ部305におけるフランジの形状が異なる。モーメントは，水平軸に沿う線形関数303である。Mと1/R軸301との間のエリアは，フランジの湾曲形状に対して比例的である。このグラフは，キンキングを防止するための最小自由曲げ半径308も示すものである。
図1bは，ダイ幅を増加させることにより，歪みの局在化エリアがより広い面積に分布することを示す。即ち，図1aにおけるダイ307は，図1bにおいて外側ダイ307a及び内側ダイ307bに置き換わっている。外側ダイ307aによる予備曲げは，より広い変形エリアを生じさせ，曲げ部305の局在化リスクを低減する。曲げモーメント図は，外側ダイ307aによる予備曲げに基づく修正形状309を有し，これにより材料は，内側ダイ307bにより曲げられる際に，降伏強度比が低い材料と同様の挙動を示す。
より大きなダイ幅を使用する場合の欠点は，スプリングバックの増大を補償するために，過剰曲げ角が増加することである。これにより，曲げ工程の終了時に出現する歪み局在化のリスクが増大することとなる。本発明は，材料の降伏強度比が高い場合でも，曲げ加工後におけるフランジの滑らかな湾曲形状を達成するための方法を提供することにより，このような問題点を克復するものである。本発明の方法は，二段階曲げステップを実行するものである：曲げ部305において比較的大きな曲率を形成する第１曲げステップと，最終曲げ角を形成する第２曲げステップである。第１曲げステップは，曲げ力を材料の広いエリアに分布させ，歪みの局在化（ひいては変形部の形成）のリスクを低減する補助手段である。
そして，第１曲げステップを実行する１つの可能な方法は，いわゆる自由曲げを適用することである。即ち，大きなダイ幅（例えば，典型的には材料肉厚の20-30倍（例えば20-25倍）に相当するダイ幅）を使用し，典型的には半径が比較的小さい曲げパンチを使用して，曲げ部に大きな半径を形成する。自由曲げは，典型的には，材料が曲げパンチ形状に追従し始めるまで適用する。言うまでもなく，限界曲げ角は材料の肉厚に依存し，典型的には，肉厚4-6 mmの熱間圧延材の場合に，概ね30-80度（例えば70-80度）である。この滑らかな湾曲形状を予備形成すれば，材料は，第２曲げ荷重を印加する際に，降伏強度比がより低い材料と同様の挙動を示す。典型的に，これは，ダイ幅を材料肉厚の10-13倍とする従来のダイセットアップを使用して行われる。
材料をより大きな湾曲形状とする代替的な方法は，第１曲げステップの間に大きな曲げパンチ半径（即ち，第２曲げステップ後における最終曲げ製品の所望半径）を使用することである。この場合にも，典型的には，第１曲げ工程により約30-80度（例えば，70-80度）の曲げ角が形成される。第１曲げステップにおいて大きな曲げパンチを使用する場合，第２工程におけるダイ幅は単に第１工程におけるものと同一，典型的には材料肉厚の10-13倍とすることができるが，第２曲げステップでは曲げパンチを幅狭のパンチに変更する。
本発明に係る方法は，キンキングのリスクが低い状態で急峻な曲げ部を形成可能とするものである。これは，急峻な曲げ部を形成するに必要とされる条件が，予備曲げを施した材料のみに適用されるからである。第１曲げステップは，曲げ歪みをより広いエリアに効果的に分散させて，曲げ部におけるより広い塑性変形エリアを形成し，ひいては，第２ステップにおいてキンキングや平坦化が生じるリスクを低減するものである。
本発明に係る方法は，多様な形態で実施することができる。本発明の好適な実施形態について，より詳細に後述する。
以下，本発明を非限定的な実施形態について，添付図面を参照しつつ更に説明する。
本発明に係る曲げステップと比較される標準的な曲げステップについてのモーメント曲線を示す。 ２つの異なる曲げパンチを使用する実施形態における第１曲げステップを示す。 ２つの異なる曲げパンチを使用する実施形態における第１曲げステップを示す。 入れ込み式二重ダイを使用する実施形態における連続的な曲げステップを示す。 入れ込み式二重ダイを使用する金属プレートの実際の曲げ態様を示す。 図5-1の続き。 調整可能なダイを使用する実施形態における第１曲げステップを示す。 第２曲げステップの開始前に調整されるダイ幅の略線図を示す。 より狭いダイ幅上で行われる第２曲げステップの略線図を示す。 第１曲げステップにおいて金属プレートを曲げるに先立って第１曲げ力を受容する高さ調整手段の略線図を示す。 ダイ幅を調整している間のダイ支持部の移動を受容する高さ調整手段の略線図を示す。 より狭いダイ幅上で行われる第２曲げステップの略線図を示す。 高さ調整手段が曲げパンチと一体的とした方法における第１曲げステップを示す。 曲げパンチにおける高さ校正手段により受容されるダイ幅の調整を示す。 より狭いダイ幅を使用して行われる第２曲げステップを示す。 本発明に係る方法におけるダイ幅調整及び第２曲げステップを実行する高さ調整手段を有する実際の曲げパンチの写真を示す。 仮想曲げ角α及びダイ幅Wを表す略線図を示す。 幅構成ステップの間の曲げパンチ及び金属プレートの移動を示す略線図である。 本発明に係る入れ込み式二重ダイの略線図である。 実施例5における２回の曲げ試験に引き続く，曲げられたプレートと，右側に示される本発明に係る曲げ部との重ね合わせである。 異なるW2/W1比におけるX/t対W2/tのグラフである。 歪みレベルを2%及び6%とした場合の予備曲げ角α対W2/tのグラフである。 歪みレベルを2%及び6%とした場合のH/t対W2/tのグラフである。 歪みレベルを2.5%及び4.5%とした場合の予備曲げ角α対W2/tのグラフである。 歪みレベルを2.5%及び4.5%とした場合のH/t対W2/tのグラフである。 実施例1, 3及び4における予備曲げ角α対W2/tのグラフである。 実施例2における予備曲げ角α対W2/tのグラフである。 実施例1, 3及び4におけるH/t対W2/tのグラフである。 実施例2におけるH/t対W2/tのグラフである。
本発明に係る方法は，二段階曲げステップを実行し，両ステップにおける曲げ力をプレートの同一個所に同一方向から印加するものである。本発明に係る方法を実施するには，幾つかの方法がある。これには，両ステップにおいて同一のダイ及び異なるパンチを使用すること，両ステップにおいて同一のパンチ及び異なるダイを使用すること，及びこれら両者の組み合わせが含まれる。両者の組み合わせ形態には，第１ダイをより狭いダイ幅に調整して第２ダイとする方法や，ダイ及び曲げパンチの両者を第１及び第２エアー曲げステップにおいて異ならせる方法が含まれる。
これら各種の実施形態は，離散的で別個の二段階曲げステップ（例えば，第１曲げパンチ及び第２曲げパンチが異なる場合）を実行し，又は，同一のパンチを使用して連続的な曲げステップ（例えば，曲げパンチによりプレートを，第１ダイの下方で内部に配置された幅狭の第２ダイ内に押し込む場合）を実行し，又は，第１及び第２曲げステップ間で累進的に推移させる互い違いプロセス（例えば，第１曲げステップ後にダイ幅を後記の態様で調整する場合）を実行することにより，本発明に係る方法を実施できることを示すものである。
これら各実施形態について検討すると，本発明に係る方法を実施する１つの方法は，同一のダイ（即ち，第１及び第２ダイ（そして第１及び第２ダイ幅）は同一である。）を使用して離散的で別個の二段階曲げステップを実行することである。この場合，第１曲げステップの後，曲げパンチを取り外し，半径のより小さい第２曲げパンチと入れ替えることができる。この第２曲げパンチにより，次に，第２曲げステップにおいて曲げ力を印加し，ここに第２ダイは第１ダイと同一である。
このような方法を，図2-3に示す。図2aに示すように，第１曲げステップ100において，第１ダイ幅104を有する第１ダイ103上で材料プレート105を支持する。曲げ力101を半径の大きい第１曲げパンチ102により印加する。第１曲げステップを実行した後（図2b），第１曲げパンチを第２曲げパンチと入れ替える。第２曲げステップ200（図3a）において，第２曲げパンチ202により第２曲げ力201を，部分的に曲げられた金属プレート205に対して，同一個所で同一方向から印加して最終曲げを行う（図3b）。この実施形態では，第２ダイ203及び第２ダイ幅204は，第１ダイ103及び第１ダイ幅104と同一である。
２つの曲げパンチを使用する実施形態において，第１曲げパンチの半径は，第２曲げパンチの半径よりも大きい。第１曲げステップで，より大きな曲げパンチを使用することにより，初めに材料を所定の湾曲形状が得られるように押し込む。これにより，曲げ部は，同一半径を達成するために単一ストロークで曲げ部を形成する場合と同様の局在化傾向を呈するものではない。
第１及び第２曲げパンチの半径比は決定的なものではないが，一般的に言えば，第１曲げパンチの半径が大きいほど作用効果がより高まる。典型的に，第２曲げパンチ半径は，第１曲げパンチ半径の3/4未満，より好適には第１曲げパンチ半径の2/3未満，例えば約半分である。
より小さい第１及び第２曲げパンチの半径比も使用することができ，例えば第２曲げパンチ半径は，第１曲げパンチ半径の1/3未満，又は1/5未満，更には1/10とすることができる。これらの小さい半径比は，典型的には，ダイ幅が非常に大きい場合，より厳密には曲げパンチ半径のダイ幅に対する比が大きい場合に使用するものである。これは，第１パンチ半径は，過大に設定することができず，ダイ幅の1/2未満とすべきだからである。
図2-3と，図16以外の残りの全ての図において，曲げ装置は，ダイ幅を横切る断面で示されている。ダイ支持部は円形として示されているが，曲げ加工の間にプレートが転動してダイ開口内に引き込まれる構成である限り，他の形状も使用することができる。
このように本方法を実施する場合，プレートが第１及び第２曲げステップの間に移動しないように配慮する必要があることは，言うまでもない。プレートが移動すれば（例えば，曲げの後に生じ得るスプリングバックによる），第２曲げステップにおいて第２パンチにより印加される力がシートの同一個所に作用しなくなり，不完全曲げが発生しかねない。
その発生を回避するため，第２曲げステップの開始時にプレートが適正に整列することを確実ならしめるための整列手段を備えることが望ましい。適当な手段は，第１曲げパンチが取り除かれて第２曲げパンチが装着される間にプレートを所定位置に保持するクランプを備える。代替的に，整列手段はプレート上のマークを備えることができ，このマークはダイ上の同様なマークと整列させることができる。
離散的で別個の二段階曲げステップを実行するための代替的な方法は，第１曲げステップの後，プレートを第１ダイから第２ダイまで物理的に移動させることである。しかしながら，そのような方法は煩わしく，第２曲げステップの間にプレートが適正に位置決めされなくなる可能性を高めるものでもある。この場合にも，これは第２曲げ力がプレートの異なる個所に印加されて不完全曲げを発生させる原因となりかねない。
離散的な曲げステップを使用する場合に不適正な整合から生じる問題を回避するため，第１及び第２曲げ力が連続的であるプロセスを使用するのが望ましい。換言すれば，一つの曲げパンチを使用し（即ち，第１及び第２曲げパンチは同一である。），その曲げパンチが，第１曲げステップの開始から第２曲げステップの終了まで，プレートに力を連続的に印加するプロセスである。力は，プレートの曲げを生じさせるに十分なレベルで連続的に印加することができ，或いは，力は，第１曲げステップの終了時において，ダイ幅を調整する間にプレートを保持するに十分なレベルまで減少させることができる。
本発明に係る方法を連続的な曲げステップにおいて実行し，曲げを生じさせるに十分なレベルの力を連続的に印加するためには，入れ込み式二重ダイを使用することができる。，この二重ダイは，第２ダイが第１ダイの下方で内部に配置され，第１及び第２ダイが互いに整列して，第１及び第２ダイの支持部により形成される平面が平行となるように，更には，第１及び第２ダイの中点が，曲げパンチの横切る平面内に位置するように配置されるものである。このような配置を使用すれば，曲げパンチは，第１ダイの大きなダイ幅により，広い曲げ部（即ち，いわゆる「自由曲げ」により行われる大きな半径の曲げ部）でプレートの初期曲げを行う。プレートが第２ダイに接触するまで曲げられると，第１曲げステップが終了し，第２曲げステップが直ちに開始する。そして，曲げパンチは，より狭いダイを使用して，曲げ力を印加することにより所望の半径及び最終曲げ角を達成すると共に，通常の態様でのスプリングバックを許容する。
入れ込み式二重ダイを，図4a-4cに線図的に示す。図4aにおいて，材料プレート105は，第１ダイ幅104を有する第１ダイ103上に支持される。曲げ装置は，第１ダイ103の下方で内部に配置されて入れ込み式二重ダイを構成する第２ダイ203も含み，第２ダイ幅204は第１ダイ幅よりも小さい。
第１曲げステップ100において，第１曲げパンチ102は，第１曲げ力101を金属プレート105に印加して，図4bに示すように曲げられた金属プレート205を形成する。第１曲げステップの後，曲げられた金属プレート205は，第２ダイ幅204を有する第２ダイ203と接触する。曲げ力101, 201が曲げパンチ102, 202が連続的に印加されると，プレートは第２ダイ203内で曲がり続けて，最終的な曲げ部を形成する。
図5a-5dは，本発明に係る方法において使用されている実際の入れ込み式二重ダイを示す。即ち，図5a-5dに示すように，第１曲げ力は，材料プレートが第２ダイと接触するまで印加される。その時点で，プレートに作用する曲げモーメントが第２の，内側ダイ及び曲げパンチにより印加される。図5cは，最終形態に曲げられたプレートを，図5dに示すように曲げパンチが除去されて材料がスプリングバックにより緩和する前の状態で示す。
上述した入れ込み式二重ダイを使用する代わりに，調整可能なダイを使用することができる。例えば，一実施形態において，調整可能なダイを第１ダイ幅に設定し，第１曲げステップのための第１曲げ力を印加することができる。その曲げ力を減少させ，ダイ幅を第２ダイ幅に調整する（例えば，曲げ力を，ダイ幅が第２ダイ幅まで調整する間に，プレートを所定位置に保持するに十分なレベルまで減少させる）ことができる。次に，第２曲げステップにおいて第２曲げ力を印加することができる。
ダイ幅を調整する際に生じ得る問題は，ダイ幅が減少するに伴ってプレートが押し上げられることであり，これはダイエッジ部との接触点がプレートの湾曲に沿って中心に向けて移動することの当然の帰結である。ダイ幅を調整する間に曲げパンチが固定されていれば，これにより，ダイがプレートをダイ内に押し上げる際に曲げモーメントが発生する。その発生を回避するため，曲げパンチを，ダイ幅の調整に際して上向き移動可能とするのが望ましい。
好適には，ダイ幅を調整する際に印加される力は，曲げパンチの重量に対応する力のみとする。この力は，典型的には，ダイ幅を調整する際にプレートを所定位置に保持するに十分な大きさであるが，プレートを押し上げる際にパンチを持ち上げ可能とするに十分な小ささである。
このような実施形態を，図6-8に線図的に示す。すなわち，図6aにおいて，材料プレート105は第１ダイ幅104を有する第１ダイ103上に位置決めする。第１曲げステップ100において，曲げパンチ102を介して第１曲げ力101を印加することにより，曲げられた金属プレート（図6bを参照）を形成する。所望の曲げレベルに達したら，第１曲げ力を低下させ，第１ダイ幅104を減少させて，第２ダイ幅204を有する第２ダイ203を形成する（図7a及び7bを参照）。次に，第2曲げステップ200を開始し，第2曲げ力201を曲げパンチ202により印加して最終的に曲げられたプレートを形成する（図8を参照）。
プレートを押し上げる調整可能なダイにより生じる問題を克復するための他の解決手段は，高さ調整手段，例えばばね又はピストンを設けることである。第１曲げ工程後に力を低下させる際に，高さ調整手段は，調整可能なダイ及びプレートを曲げパンチに対して押圧して，これを所定位置に保持する。ダイ幅を減少させる際に，プレートの曲がりを回避するために必要とされる移動も高さ調整手段により受容される。ダイ幅が調整されると，曲げパンチが第２曲げ力を印加し，その際に高さ調整手段は，津用であればプレートの曲げ開始位置への更なる移動を受容する。
高さ調整手段は，調整可能なダイを取付けた支持体又は又は曲げパンチに，或いはこれら両者に組み込むことができる。本明細書における「高さ」との表現は，ダイ開口により形成される平面からの直角方向距離を指し，垂直方向距離である必要はない。
調整可能なダイを取付けた支持体に組み込まれた高さ調整手段を，図9-11に示す。即ち，図9aは，任意的な支持体106を介して高さ調整手段107上に取り付けた第１ダイ103を示す。曲げパンチ102が材料プレート105に接触すると，初期曲げ力101が任意的に高さ調整手段107によって受容される（図9bを参照）。次に，曲げ力101によりプレート105を曲げて，曲げられたプレートを形成する（図10aを参照）。次に，曲げ力を，曲げパンチが上向き移動するように低下させる。その間にプレートは，ダイ及び任意的な支持体を上向き移動させるための高さ調整手段107により持ち上げられるパンチに対する押圧状態に保持される（図10aを参照）。次に，第1ダイ幅を調整して，第２ダイ幅204を有する第２ダイ203を形成する。ダイ幅の調整が行われる際，パンチは所定位置に保持され，高さ調整手段107は，プレートの曲げ部内に押し下げられるダイによって生じる移動も補償する（図10bを参照）。第２ダイ幅204に達すると，第２曲げステップ200において曲げパンチ202により第２曲げ力201を印加して，最終的に曲げられたプレートを形成する（図11を参照）。
ダイ幅を調整する際に生じるプレートの移動を受容する追加的な方法は，高さ調整手段を曲げパンチ内に設けることである。このような曲げパンチは，接触部分と，加力部分と，加力部分を接触部分に連結する高さ調整手段とを備えることができる。
即ち，接触部分は，曲げられるプレートに接触するパンチの一部である。加力部分は接触部分を介して力をプレートに印加可能であり，高さ調整手段は接触部分と加力部分との間の距離を調整可能とするものである。典型的に，高さ調整手段は，圧縮可能なばね又はピストン，或いはその他任意の弾性的な，及び／又は変位可能な素子を備えることができる。
加力部分は，典型的には，物理的に移動することにより，接触部分を介して力をプレートに印加することが可能である。しかしながら，加力部分は，高さ調整手段を介して力を接触部分に印加する構成とすることも可能である。そのような実施形態の一例では，高さ調整手段がピストンである場合に，ピストンロッドの端部が接触手段を備え，ピストンシリンダが加力部分を備え，ピストンロッド自体が高さ調整手段に対応する構成である。
高さ調整手段をパンチ内に組み込んだ実施形態の一例を，図12-14に線図的に示す。即ち，図12aは，支持体106上に取り付けられた第１ダイ103を示す。曲げパンチは，接触部分102，高さ調整手段108及び加力部分108を備える。第1曲げステップにおいて，加力部分109がパンチの接触部分をプレート105に対して押圧し，第１ダイ幅104を有するダイ103内にプレートを押し込んで，図12bに示すように曲げられたプレートを形成する。
図13aにおいて，高さ調整手段108を伸長させて加力部分109と曲げパンチの接触部分102との間の距離を増加させる。この形態において，加力部分を，接触部分がプレートとの接触状態に保持されている状態で持ち上げる。次に，ダイ幅を調整して，第２ダイ幅204を有する第２ダイ203を形成する（図13bを参照）。この調整の間，プレートが押し上げられる際に，高さ調整手段108により曲げパンチの接触部分102を加力部分109に向けて上向き移動させる。次に，図14は，最終的に曲げられたプレートを形成するために実行される第２曲げステップを示す。
図15は，第1曲げステップ後のこの形態を有する曲げパンチを示す一連の写真である（ステップA）。高さ調整手段は，ステップBにおいて加力手段を持ち上げる際に接触部分をプレートとの接触状態に保持することを確実ならしめるものである。ステップCは，プレートの上向き移動を高さ調整手段によって受容する状態で調整が行われるダイ幅を示す。ステップDは第２曲げステップを示し，ステップEはパンチを持ち上げてスプリングバックを許容する状態を示す。
好適には，本発明に係る方法は，第２ダイ幅が第１ダイ幅よりも小さいことを特徴とする。
好適には，第１パンチを第２曲げステップにおいて第2パンチとして使用する。このような実施形態において，第１曲げパンチにより力をプレートに対して，第１曲げステップの開始から第２曲げステップの終了に至るまで，連続的に印加するのが望ましい。
原則的に，本発明に係る方法を使用すれば改善された結果が達成されるが，方法を最適化して最善の結果を達成するのが好適である。即ち，第1曲げステップの終了時点では，曲げ部における外側繊維の典型的な歪みは2%乃至9%であり，好適には2%乃至8%，より好適には2%乃至6%，より好適には2%乃至5%，最も好適には2.5%乃至4.5%である。
幾つかの実施形態において，第1曲げステップの終了時点において，曲げ部の外側繊維の典型的な歪みは3%乃至7%であり，好適には4%乃至6%である。
本発明の目的のため，歪みεは次式により計算することができる。
ここに，αは曲げ角，tはプレート肉厚，W1は第1ダイ幅（初期モーメントアームの2倍相当）である。
図16は，α及びW1を線図的に示す。この値は実際の歪みの概算値であるが，「歪み」値は，この数式を使用して計算すべきである。
「曲げ角」とは，プレートが曲げられる角度αを指す。曲げ個所は実際には曲面であるため，曲げ角はプレートにおける非曲げ部分の平面が一致する場合に生じる仮想的な角度に対応し，ここにαは曲げられていないプレートについての0°から，完全に曲げられたプレートについての180°まで変化する。これは，プレートにおける非曲げ部分の平面に対する法線ベクトルが形成する角度にも対応する。曲げ角αを，図3b及び図16に線図的に示す。
曲げ角αは，既知の適当な数式を使用する簡単な幾何学から計算することができる。完全を期するため，αを計算するための適当な数式は：
である。ここに，
L0 はダイ半幅（W1の1/2），
Q = Rk + Rd + t，
Rk はパンチ半径，
Rd はダイエッジ部の半径（ローラ半径），
t は試料肉厚，
S は曲げパンチを移動させる距離である。
「パンチ半径」及び「ダイエッジ部の半径」とは，曲げられる材料と接触するパンチ／ダイエッジ部の湾曲部分の半径を指す。
言うまでもなく，上式における最終項（180/π）は，単に，アークサイン関数からの結果を，ラジアンから角度に変換するものである。この項はスカラーであり，αを計算する上で決定的なものではない。
上記の歪み式から明らかなとおり，歪みは，プレート肉厚に比例し，第１ダイ幅に反比例する。この関係のため，第１ダイ幅の増加に応じて，所定の曲げ角について誘発される歪みは低くなる。これは，第１曲げステップにおいて最適な歪みを達成するためには，より大きな曲げ角が必要となることを意味する。
同様に，プレート肉厚が増加すると，これに伴って所定曲げ角についての歪みが増加する。これは，より厚肉のプレートが，第１曲げステップにおいて最適な歪みを達成するために，より小さい曲げ角が必要となることを意味する。とは言え，これらの関係は，歪みについての数式を発展させることにより定量化することが可能である。例えば，上記の数式を再配置して，外側ダイのダイ幅を次式で予測することができる。
W1は，内側及び外側ダイの比
により，次式で表すこともできる。
これら二つの数式を組合わせれば：
となる。
これらの数式を使用して，材料肉厚及びダイ幅に対する所与の歪みを達成するために必要とされる曲げ角を計算することができる。所与の曲げ角についての垂直変位量（高さ差）を，上述したαに関する既知の数式から計算することも可能である。これらの数式から，所与の材料肉厚についての所与の歪みを達成するために必要とされる入れ込み式二重ダイの幾何学的関係を計算し，かつ，必要に応じて最適化することができる。
手引きとして，図21Aは，各種の材料肉厚（内側ダイに対する肉厚）に対して典型的な各種ダイ幅比（W2/W1= 1/3, 2/5及び1/2）に関する2%（下側の線）及び6%（上側の線）の歪み間隔についての予備曲げ角αを示す。図21Bは，曲げ角αではなく，H/tをプロットしたものである。図22A及び22Bは，歪みレベルが2.5%及び4.5%である点を除き，同一である。
図21A及び22Aは，第１曲げステップの終了時における可能な曲げ角の大きな変化を示す。このような変化にも関わらず，典型的に第１曲げステップ後の曲げ角は少なくとも15°，好適には少なくとも20°，好適には少なくとも25°，より好適には少なくとも30°，より好適には少なくとも40°である。
第１曲げステップ後の曲げ角は，典型的には最大で120°，好適には最大で100°，より好適には最大で85°である。
第1ステップにおける可能な曲げ角は，15°乃至120°，代替的には20°乃至100°，代替的には30°乃至100°，代替的には50° to 120°，より好適には 60°乃至100°，更により好適には65°乃至85°である。
図21A及び22Aから明らかなとおり，曲げ角は材料肉厚に，そしてより特定的には内側ダイ幅の材料肉厚との比に依存する。
ダイ幅が狭い場合，例えば，典型的に推奨される値よりも小さい
であれば，第１曲げステップの終了時における曲げ角は，外側工具の幅に応じて，典型的には20°乃至60°である，
である大きなダイを使用すれば，第１曲げステップの終了時における曲げ角は，典型的にはより大きくなり，例えば60°乃至155°となる，
しかしながら，小さな曲げ半径を目指して高強度材料を曲げる場合，最も常識的に使用されるダイ幅は，
である，このようなダイ幅を使用する場合，曲げ角は，典型的には：
である。
このような変数（特に，曲げられる材料）に応じて，入れ込み式二重ダイを使用して最適な曲げ角（上述した範囲内）を達成するためには，高さ（即ち，垂直移動量）の調整が必要となることがあり得る。
入れ込み式二重ダイを（そして，第１及び第２曲げステップにおいて同一の曲げパンチを）使用する場合，第２ダイ幅は，典型的には少なくとも第１ダイ幅の1/4，好適には少なくとも第１ダイ幅の1/3，より好適には2/5，最も一般的には約1/2である。
同様に，第２ダイ幅は，典型的には最大でも第１ダイ幅の2/3，好適には最大でも第１ダイ幅の3/5である。
即ち，入れ込み式二重ダイ（並びに，典型的には，第１及び第２曲げステップにおいて同一の曲げパンチ）を使用する場合，第２ダイ幅は，典型的には第１ダイ幅の1/4乃至2/3，好適には第１ダイ幅の2/5乃至3/5，最も好適には第１ダイ幅の約1/2である。
図21A及び22Aに示すように，内側及び外側ダイの比が増加すれば大きければ（即ち，
が増加すれば），予備曲げ角度は減少する。外側ダイの寸法が例えば
と設定されていれば，予備曲げ角は，典型的には次の範囲内の角度まで減少する。
最終曲げステップのためのダイ幅は，典型的には8t乃至20t（tはプレート肉厚に対応）であり，好適には8t乃至15t，より好適には10t乃至13tである。従って，ニ重ダイを使用する場合に，第１ダイのダイ幅はその約２倍，即ち，18t乃至30tであり，好適には18t乃至27t，より好適には20t乃至25t（tはプレート肉厚に対応）である。
高さ調整手段は，ダイ幅を調整する際に生じるプレートの移動を受容可能とする必要がある。プレートの移動距離は，就中，ダイ幅及び曲げ角の初期値と最終値の差に応じて変化する。第２ダイ幅が第１ダイ幅の半分であれば，移動距離は，
であり，ここにW1は第１ダイのダイ幅，αは第１曲げステップ後の曲げ角である。
この数式の由来は，図17から理解することができる。同図に示すように，ダイは，第１ダイ位置307-1から第２ダイ位置307-2まで破線に沿って移動して，パンチ302を持ち上げる310。
高さ調整手段を移動させるべき距離は，材料肉厚に対する目標ダイ幅（例えば，18t ≦
W1 ≦ 30t）についての第１曲げステップ後の目標歪み（典型的には2-6%）から導き出すことができる。従って，ある意味において，高さ調整手段は，目標歪みと，ダイ幅の材料肉厚に対する比に依存する。
典型的には，高さ調整手段は，第１ダイのダイ幅W1の少なくとも4%，好適にはW1の少なくとも5%，更に好適にはW1の少なくとも7.5%だけ移動可能である。
好適には，高さ調整手段は，W1の4%からW1の55%まで，好適にはW1の4%から40%まで，より好適にはW1の5%から35%まで移動可能である。
幾つかの実施形態において，高さ調整手段は，W1の10%からW1の55%まで，好適にはW1の15%からW1の40%まで移動可能である。
本発明に係る方法は，いかなる材料プレートにも使用可能である。好適には，材料は，曲げ加工可能である点で脆性（即ち，変形に際してある程度の弾塑性挙動を示す点で可鍛性又は可曲性）であり，好適には，曲げ力を除去した後にその曲げ形状を維持することが可能である。
特に好適には，材料は金属材料である。即ち，本発明に係る方法は，金属材料プレートに曲げ部を形成するための，本明細書に記載したステップ，特に請求項1-14に記載したステップを備える方法と見ることもできる。
最も顕著な改善は，高強度金属材料において確認される。
好適には，材料は鋼材である。より好適には材料は先進高強度鋼材（AHSS）であり，最も好適には材料は超高強度鋼材（UHSS）である。
好適には，材料は，冷間圧延マルテンサイト鋼材である。
好適には，材料は，二相鋼材である。
本明細書において，「先進高強度鋼材」は降伏強度が≧ 550 MPaであり，「超高強度鋼材」の降伏強度は，≧ 780 MPaである。
好適には，材料は，高い降伏強度比（即ち，降伏強度の引張強度に対する比）を有する。材料は，降伏強度比が好適には0.85乃至1.0，より好適には0.87乃至1.0，更に好適には0.9乃至1.0である。
本明細書において，降伏強度比はISO 6892-1又はEN 10002-1に則って，好適にはISO 6892-1に則って測定される。
別の観点によれば，本発明は，金属プレートをエアー曲げするための入れ込み式二重ダイを提供する。この二重ダイは，第１ダイ幅W1を有する第１ダイと，第２ダイ幅W2を有する第２ダイとを備え，第２ダイ幅は第１ダイ幅よりも小さく，第２ダイは第１ダイの下方でその内部に配置され，かつ，第１及び第２ダイのダイ支持部により形成される平面が平行となり，第１及び第２ダイの中心線が，互いに平行となり，いずれも第１及び第２ダイの頂部エッジが形成する平面に対して垂直な平面内に位置するように，互いに整列する。
このような入れ込み式二重ダイを，図18に線図的に示す。入れ込み式二重ダイにより，本発明の好適な実施形態に基づいて第１及び第２曲げステップを実行可能とするため，第１ダイ103及び第２ダイ203の高さ差Hは，図18に示す入れ込み角βが，上述した好適曲げ角αの約半分となるように設定する。同様に，第２ダイ幅W2は，第１ダイ幅W1の約1/4乃至2/3，典型的には1/3乃至2/3となるように調整する。H及びXがtan(β)に関連し，Xが（W1-W2）/2に対応するため，上記の要件は，本発明に係る入れ込み式二重ダイが，好適には以式を満足することを意味する。
好適には，
である。
好適には，
である。
好適には，
である。
好適には，
である。
好適には，
である。
より好適には，
である。
上述したように，新規な方法の利点は，比較的に小さい曲げ角において達成することができる。従って，可能な幾何学的関係は，次式を満足する。
好適には，
である。
好適には，
である。
好適には，
である。
好適には，
である。
これらの幾何学的関係は，上述したW1及びW2の比の下で好適に使用される。
上述したように，この手法は，典型的には，第１曲げ加工後の歪みが所定のレベル，好適には2%乃至6%内に収まることを確実ならしめるものである。歪みが，曲げられる材料の肉厚に比例するため，この手法は，材料肉厚に関して代替的に次式で表すことができる。
Hを求めれば，
である。
W1及びW2は，次式で表すことができる；
そして，先に求めたように，
である。
従って，
である。
H/t比により，材料肉厚を基準とする高さ調整をより容易に行うことができる。H/t比の値は，高さHを与える材料肉厚の倍数である。
図21B及び22Bは，各種のW2/W1比に関して歪みを一定（図21Bでは2%及び6%，図22Bでは2.5%及び4.5%）としたときのH/t対W2/tのグラフである。
前述したように，高強度材料について最も一般的なダイ幅は，10*t乃至13*tの範囲内である。好適歪みが2%乃至6%，好適W2/W1比が2/5乃至1/2であれば，H/tは次式で表される範囲内となる。
また，W2/W1比が2/5乃至1/2，歪みが2.5%乃至4.5%であれば，H/tは次式で表される範囲内となる。
これらの数式は，所与の材料及びダイ幅を達成するのに必要とされる曲げパンチ移動量の概算値を決定するために適用することができる。このパラメータは，調整可能なダイを使用する方法を実施する際に有用である。例えば，数式を（上述した態様で）既知のαに関して再配置すれば，曲げパンチの移動量は，次式で表すことができる。
ここに
W1は初期ダイ幅，
Rdは可動ダイにおける入口ダイ半径，
Rkはナイフ半径，
αは第1曲げステップの終了時における予測角である。
歪みに対する曲げ角は，次式で表すことができる。
ここに，
W2は第１曲げ後に可動ダイの調整で達成される第２ダイ幅，
は第１及び第２ダイ幅の比（又は，対応する入れ込み式ニ重ダイの外側及び内側ダイ幅の比），
εは第１曲げステップにおける予備歪みレベルである。
調整可能なダイにおいて，両ダイ支持部の調整（図18を参照）に必要とされる距離Xは：
と表すことができる。
或いは，
である。
入れ込み式二重ダイについて説明したとおり，
である。
従って，
に対応する（図18を参照）。
図20は，異なるW2/W1比において，X/t 値がW2/tに対してどのように変化するかを示す。
好適には，第１ダイの周縁部はローラを備える。第１ダイにローラを使用すれば，プレートが第戸接触する際の摩擦が減少し，曲げ力が曲げ部に集中して変形を生じさせる可能性が低減される。
別の観点によれば，本発明は，材料プレート（例えば金属プレート）をエアー曲げするために，調整可能なダイ部分が高さ調整手段上に取り付けられた，調整可能なダイを提供する。調整可能なダイは，ダイ幅を調整可能とする可動エッジ部を備える。高さ調整手段は，調整可能なダイ部分の位置を，ダイ開口により形成される平面に対して垂直な方向で可逆的に移動可能とするものである。ここに，可逆的な移動は，外的な力に応じて生じさせることができる。
好適には，高さ調整手段の可逆的な移動により，ダイエッジ部とダイ開口が形成する平面の下方に位置する基準点とが形成する角度を変更することなく，調整可能なダイのダイ幅の調整を可能とする。これにより，第１エアー曲げステップ後に曲げパンチが金属プレートと接触している間に，高さ調整手段によってダイ幅を調整可能とするものであり，その際にダイエッジ部が移動してダイエッジ部とパンチとの間の曲げモーメントが変化することはない。
別の観点によれば，本発明は，材料プレート（例えば金属プレート）にエアー曲げを施すための装置を提供する。この装置は，
高さ調整手段上に取り付けられた調整可能なダイ部分を有し，調整可能なダイ部分が，平行な可動エッジ部を有すると共に，ダイ幅を有するダイ開口を限定し，可動エッジ部はダイ幅を調整可能とする，調整可能なダイと，
可動エッジ部に対して平行に配置され，可動エッジ部から等間隔であって調整可能なダイのダイ開口に対して垂直な平面内で，ダイ開口の上方位置からダイ開口の下方位置まで移動可能に構成された曲げパンチとを備え，
高さ調整手段が，調整可能なダイ部分の位置を，ダイ開口により形成される平面に対して垂直な方向に可逆的に移動可能とする装置において，
高さ調整手段の可逆的な移動により，曲げパンチがダイ開口の下方に位置する間に，可動エッジ部及び曲げパンチにより形成される角度を変えることなく，調整可能なダイのダイ幅の調整を可能とするものである。
典型的に，高さ調整手段は，ばね又はピストンであり，好適にはピストンである。
別の観点によれば，本発明は，材料プレート（例えば金属プレート）のエアー曲げ装置を提供する。この装置は，
調整可能なダイ部分を有し，該調整可能なダイ部分が，ダイ幅を調整可能とする可動エッジ部を有する，調整可能なダイと，
接触部分，加力部分及び高さ調整手段を含み，高さ調整手段が，曲げパンチにおける加力部分に対する接触部分の位置を，ダイ開口により形成される平面に対して垂直な方向に，可逆的に移動可能とする曲げパンチとを備える。
この装置はエアー曲げに好適であり，そのために，可動エッジ部は，平行に配向されてダイ幅を有するダイ開口を形成し，曲げパンチは，可動エッジ部と平行に配向され，可動エッジ部から等間隔であって，調整可能なダイのダイ開口が形成する平面に対して直角な平面内において，ダイ開口の上方位置からダイ開口の下方位置まで移動するように配置される。
高さ調整手段は，ダイ幅を調整する間にプレートの移動を補償し，その際に曲げパンチの加力部分の移動又は変化が必要とされることはない。換言すれば，プレートが曲げパンチにより曲げられると，パンチの接触部分は調整可能なダイの間（又は下方）に位置する。プレートがまだ所定位置にある間にダイ幅を調整すると，プレートは，接触部分に接触するまで押し上げられる（又は代替的に，ダイ幅を増加させる場合には，プレートは接触部分から落下する）。高さ調整手段は，これを補償するために接触部分を上向き又は下向きに移動させるので，接触部分はプレートとの接触状態に止まり，その際に，ダイ幅を調整する間にプレートに印加される曲げ力を変化させることはなく，また，加力部分にいかなる変更も必要とされない。
即ち，好適には，高さ調整手段は，パンチの接触部分が調整可能なダイの下方位置にある間に，可動エッジ部及び接触部分により形成される角度を変更することなく，また，加力部分のいかなる移動も必要とすることなく，調整可能なダイ部分のダイ幅調整を許容するものである。
従って，本発明は，好適には，材料プレート（例えば金属プレート）のエアー曲げ装置を提供するものである。この装置は，
調整可能なダイ部分を有し，調整可能なダイ部分が，平行な可動エッジ部を有すると共に，ダイ幅を有するダイ開口を限定し，可動エッジ部は記ダイ幅を調整可能とする調整可能なダイと，
可動エッジ部に対して平行に配置され，可動エッジ部から等間隔であって調整可能なダイのダイ開口に対して垂直な平面内で，ダイ開口の上方位置からダイ開口の下方位置まで移動可能に構成された曲げパンチとを備え，
曲げパンチが，接触部分，加力部分及び高さ調整手段を含み，
高さ調整手段が，曲げパンチにおける加力部分に対する接触部分の位置を，ダイ開口により形成される平面に対して垂直な方向に，可逆的に移動可能とする装置において，
高さ調整手段は，パンチの接触部分がダイ開口の下方位置にある間に，可動エッジ部及び接触部分により形成される角度を変更させることなく，また，加力部分の移動を生じさせることなく，調整可能なダイ部分のダイ幅を調整可能とすることを特徴とする。
これらの実施形態において，調整可能なダイ部分は最大ダイ幅がW1であり，可動エッジ部は好適にはダイ幅を第２ダイ幅W2まで調整可能であり，ここに，
である。
より好適には，
である。
より好適には，
である。
より好適には，
である。
同様に，高さ調整手段は，好適には第１ダイのダイ幅W1の少なくとも4%だけ，好適にはW1の少なくとも5%だけ，より好適にはW1の少なくとも7.5%だけ移動可能である。更に好適には，高さ調整手段は，W1の4%乃至55%だけ，より好適にはW1の4%乃至40%だけ，より好適にはW1の5%乃至35%だけ，代替的にはW1の10%乃至55%だけ，より好適にはW1の15%乃至40%だけ移動可能である。
以下の非限定的な実施例は，本発明に係る方法を実施したものである。
《実施例１》
従来のエアー曲げ装置を使用し，更に，本発明に係る入れ込み式二重ダイを使用して，降伏強度が960 MPaの熱間圧延鋼材よりなる何枚かの6 mm厚プレートについて90°曲げを行った。二重ダイは，幅180 mmの外側ダイと，幅80 mm（即ち，13xt）の内側ダイとを備える。内側ダイは，外側ダイの35 mm下方に位置決めした（即ち，入口ダイ半径の頂部間の距離）。この配置を使用して，第１曲げ角は約70°である。予備曲げ率の概算値は，4.1%前後であった。コントロール曲げでは，ダイ幅が80 mmである単一の曲げダイを使用した。
得られた結果は，次表に要約するとおりである。
これらのデータは，本発明に係る方法を使用して達成される曲げ性が，従来の単一曲げステップによる場合を超えて，顕著に改善されることを示すものである。
《実施例２》
従来のエアー曲げを使用し，更に，本発明に係る二段階方法を使用して，1000 DP HT and 1200Mとラベル付された２種の高強度冷間圧延鋼材（降伏強度は，それぞれ約1000 MPa及び1200 MPaである。）について90°曲げを行った。
両供試材料について同一セットアップの二重ダイを使用したが，肉厚はそれぞれ1.4 mm及び1.0 mmと異なっている。２種の試験のためのセットアップを，次表に示す。
その結果を次表に示す。
これから判るように，本発明に係る方法を使用すれば，曲げ性が顕著に改善される。
《実施例３》
長さ3 mの入れ子式二重ダイについて試験を行い，実物大試験において，前述して短い試料による場合と同一の改善を確認した。試験で使用した材料は，降伏強度が960 MPa，最終強度が約1050 MPaである6 mm厚の熱間圧延鋼材とした。全ての試験において，材料の90°曲げを行った。
初めに，長さ400 mmの短い試料を従来のダイにより曲げ加工して，適用材料についての最小曲げ半径を達成した。次の段階として，短い試料を実物大の入れ込み式二重ダイにより曲げ加工して，内側ダイ高さ位置決めの最適化を行った。最後に，プレートを全長に亘って曲げ加工した。次表は，試験のためのセットアップを示すものである。
得られた結果を要約すれば，次表のとおりである。
これらのデータは，二重ダイを使用する曲げ加工の適用による曲げ性の改善が，長尺ビーム材の曲げ加工にも妥当することを確認するものである。
《実施例４》
10 mm厚の熱間圧延900 MPa材料を二重ダイ曲げにおいて試験した。この試験の目標は，容認可能な曲げ半径を達成すること，例えば，重車両用フレームビーム材のアップグレード化を図ることであった。このようなアップグレード化のために必要とされる曲げ半径は，肉厚の２倍に近いものであった。従来の曲げにおいて，降伏強度が700乃至900レベルの鋼材について曲げ性能を改善することは困難な課題である。
試験のためのセットアップを次表に示す。
使用した材料バッチは，曲げ性能が，必要とされる性能と対比して非常に不十分であった。データシートからは，従来の曲げでは最小曲げ半径が4.5xtであるものと認められる。
この特定のバッチについては，「平坦化」を防止するために更に大きな最小曲げ半径，即ち5xtが必要とされることが確認された。この「平坦化」傾向は，曲げ部における外側繊維が局在化傾向を呈し，均一な湾曲形状が得られない場合に発生するものである。しかしながら，曲げ性能が不十分な材料であっても，二重曲げ技術によれば曲げ性が飛躍的に改善される。次表は試験結果を示すものである。
この製造されたビームはフランジ高さが100 mmしかないが，二重ダイによって処理することが可能であった。ただし，外側工具は，プロセス初期段階での支持を行うための追加的な材料を必要とする。
《実施例５》
・同一ダイ幅を使用する大型パンチによる予備曲げ
6 mm厚の熱間圧延960材料につき，半径35 mmのパンチを使用して，概ねα=60度までの予備曲げを行った。次に，パンチをより幅狭サイズのパンチ，即ち半径18 mmのパンチと交換して90度までの最終曲げを行うことにより，曲げ部を形成した。
次の試験において，半径18 mmのパンチによる１回曲げストロークを使用する従来方法で，同一材料について同一の曲げ部を形成した。
いずれの実験においても，同一ダイ幅W=85 mmを使用した。
図19において，両者の曲げ部を同一写真中に提示することにより形状の相違を示す。即ち，この画像は本発明に基づくプレート曲げ部の写真（右側）と，従来方法に基づくプレート曲げ部の写真（左側）とを合成したものである。画像は，パンチとダイが概ね整合するように整列させた。しかしながら，右側及び左側の間の分割線がプレートの不連続性により明確に視認可能である。この図面は，より大きなパンチ半径による予備曲げを行う本発明に係る方法に基づいて達成される，改善された曲率を示すものである。
図23A及び23Bは，実施例1-4の各々につき，破線で表した歪みを2.5-4.5%と下場合の曲げ角α対W2/t値を示す。実施例1, 3及び4は，W2/W1比が1/2.25の二重ダイを使用するものであり，実施例2はこの比が1/2.45である。図24A及び24Bは，H/t対W2/t日右手の同様なグラフである。これから判るように，全ての実施例は，方法の最適化に必要とされる所望歪み範囲内に収まっている。
特許請求の範囲の枠内における本発明の更なる修正は，当業者には明白である。例えば，本発明に係る方法は，必ずしも入れ子式二重ダイ，又は調整可能なダイを使用して実施することを要するものではなく，第１及び第２曲げ力を材料プレートの同一個所に対して同一方向から印加できるものであれば，任意のダイ（単数又は複数）を使用して実施し得るものである。更に，本発明に係る方法は，必ずしも肉厚及び断面が一様な平坦材料プレートに曲げ部を形成することに限定されるものではない。材料プレートは，少なくとも１つの非平坦部を備え，及び／又は一様でない肉厚及び／又は一様でない断面を有するものでも差し支えない。

Claims (21)

  1. 材料プレートに曲げ部を形成する方法であって，
    第１エアー曲げステップにおいて，第１曲げパンチと，第１ダイ幅を有する第１ダイを使用して第１曲げ力を印加することにより，材料プレートにエアー曲げを施し，
    第２エアー曲げステップにおいて，第２曲げパンチと，第２ダイ幅を有する第２ダイを使用して第２曲げ力を印加することにより，前記材料プレートにエアー曲げを施し，前記第１及び第２曲げ力を，前記プレートの同一個所に同一方向から印加する方法において，
    前記第２ダイ幅が，前記第１ダイ幅よりも小さいこと，及び／又は
    前記第２曲げパンチの半径が，前記第１曲げパンチの半径よりも小さいこと，を特徴とする方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって，前記第２ダイ幅が，前記第１ダイ幅よりも小さい，方法。
  3. 請求項２に記載の方法であって，前記第２ダイが前記第１ダイの下方でその内部に配置された入れ込み式二重ダイを使用し，ここに前記第１及び第２ダイは，前記第１及び第２ダイの支持部により形成される平面が互いに平行となるように，かつ，前記第１及び第２ダイの中間点が，前記第１及び第２曲げステップの間に前記曲げパンチが横切る平面内に位置するように，互いに整列する，方法。
  4. 請求項２に記載の方法であって，前記第１曲げステップの後，前記第１ダイ幅を調整することにより，前記第２ダイ幅を有する前記第２ダイを形成する，方法。
  5. 請求項４に記載の方法であって，前記ダイ幅を調整している間，前記第１曲げパンチの重量により前記プレートを所定位置に保持する，方法。
  6. 請求項４又は５に記載の方法であって，前記第２ダイ幅を形成するための前記調整の間，高さ調整手段により前駆プレートを前記パンチに対して押圧する，方法。
  7. 先行請求項の何れかに記載の方法であって，前記第１及び第２曲げパンチとして，同一の曲げパンチを使用する，方法。
  8. 請求項７に記載の方法であって，前記第１ダイ幅W1及び前記第２ダイ幅W2が，次式：
    を満足する，方法。
  9. 請求項８に記載の方法であって，W1が18t乃至30t，好適には20t乃至25tであり，W2が8t乃至20t，好適には8t乃至15tであり，ここに，tは曲げられるプレートの肉厚である，方法。
  10. 請求項１に記載の方法であって，入れ込み式二重ダイを使用し，前記第１及び第２ダイの高さ差Hが，次式：
    を満足し，好適には，
    を満足する，方法。
  11. 請求項７〜１０の何れか一項に記載の方法であって，
    であり，好適には，
    であり，ここに，
    Hは，前記第１及び第２ダイの高さ差，
    tは，曲げられるプレートの肉厚である，方法。
  12. 請求項１〜６の何れか一項に記載の方法であって，前記第２曲げパンチの半径が，前記第１曲げパンチの半径よりも小さい，方法。
  13. 先行請求項の何れかに記載の方法であって，前記第１曲げステップの終了時における前記曲げ部の外側繊維の歪みが2%乃至9%，好適には2%乃至6%，更に好適には2.5%乃至4.5%である，方法。
  14. 先行請求項の何れかに記載の方法であって，前記第１曲げステップの後における曲げ角が15°乃至120°，好適には20°乃至100°である，方法。
  15. 請求項１に記載の方法であって，前記材料が金属材料である，方法。
  16. 請求項１に記載の方法であって，前記材料は，降伏強度の引張強度に対する比が0.85乃至1.0であり，好適には，前記材料は鋼材である，方法。
  17. 金属プレートのエアー曲げを行うための入れ込み式二重ダイであって，前記二重ダイが，第１ダイ幅を有する第１ダイと，第２ダイ幅を有する第２ダイとを備え，前記第２ダイ幅が前記第１ダイ幅よりも小さく，前記第２ダイが前記第１ダイの下方でその内部に配置され，前記第１及び第２ダイは，前記第１及び第２ダイの支持部により形成される平面が互いに平行となるように，かつ，前記第１及び第２ダイの中間点が，前記第１及び第２曲げステップの間に前記曲げパンチの横切る平面内に位置するように，互いに整列している二重ダイにおいて，
    前記二重ダイが，次式：
    を満足し，ここにHは前記第１及び第２ダイの高さ差であることを特徴とする二重ダイ。
  18. 請求項１７に記載の入れ込み式二重ダイであって，前記第２ダイの高さが調整可能である，二重ダイ。
  19. 請求項１７又は１８に記載の入れ込み式二重ダイであって，次式：
    を満足する，二重ダイ。
  20. 金属プレートにエアー曲げを施すための装置であって，
    高さ調整手段上に取り付けられた調整可能なダイ部分を有し，前記調整可能なダイ部分が，平行な可動エッジ部を有すると共に，ダイ幅を有するダイ開口を限定し，前記可動エッジ部は前記ダイ幅を調整可能とする，調整可能なダイと，
    前記可動エッジ部に対して平行に配置され，前記可動エッジ部から等間隔であって前記調整可能なダイのダイ開口に対して垂直な平面内で，前記ダイ開口の上方位置から前記ダイ開口の下方位置まで移動可能に構成された曲げパンチとを備え，
    前記高さ調整手段が，前記調整可能なダイ部分の位置を，前記ダイ開口により形成される平面に対して垂直な方向に可逆的に移動可能とする装置において，
    前記高さ調整手段の可逆的な移動により，前記曲げパンチが前記ダイ開口の下方に位置する間に，前記可動エッジ部及び前記曲げパンチにより形成される角度を変えることなく，前記調整可能なダイのダイ幅の調整を可能とする，装置。
  21. 金属プレートのエアー曲げ装置であって，
    調整可能なダイ部分を有し，前記調整可能なダイ部分が，平行な可動エッジ部を有すると共に，ダイ幅を有するダイ開口を限定し，前記可動エッジ部は前記ダイ幅を調整可能とする，調整可能なダイと，
    前記可動エッジ部に対して平行に配置され，前記可動エッジ部から等間隔であって前記調整可能なダイのダイ開口に対して垂直な平面内で，前記ダイ開口の上方位置から前記ダイ開口の下方位置まで移動可能に構成された曲げパンチとを備え，
    前記曲げパンチが，接触部分，加力部分及び高さ調整手段を含み，
    前記高さ調整手段が，前記曲げパンチにおける前記加力部分に対する前記接触部分の位置を，前記ダイ開口により形成される平面に対して垂直な方向に，可逆的に移動可能とする装置において，
    前記高さ調整手段は，前記パンチの接触部分が電気ダイ開口の下方位置にある間に，前記可動エッジ部及び前記接触部分により形成される角度を変更させることなく，また，前記加力部分の移動を生じさせることなく，前記調整可能なダイ部分のダイ幅を調整可能とすることを特徴とする，装置。
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