JP3548971B2 - 押出し形材の曲げ加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車フレーム材やサッシ等建築用部材として使用されるアルミニウム合金形材等金属形材の曲げ加工において、曲げ加工後、型装置から外した時に曲げ加工品に生じるスプリングバックを考慮し、予め、測定した材料の硬さによってスプリングバック量を補償する補正量を算出し、曲げ半径等に補正を加えて曲げ加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管材あるいは異形材等形材に曲げモーメントを加える曲げ加工方法には、２個の支持型で保持した形材の中央部をプレス等加工機で可動曲げ型をもって押圧するプレス曲げ、あるいは、図１に示したような固定型１の前方に上下左右動及び回転移動可能に配置した可動曲げ型２を用いて固定型１を通して押し出された形材を可動曲げ型２で拘束し、この可動曲げ型２を移動し、その移動量Ｍで所定曲げ半径Ｒの二次元又は三次元の曲げ加工を行って曲げ成形材３を得る押し通し曲げ等各種の方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、上記の押し通し曲げにより曲げ加工を行った後、可動曲げ型２に加えた荷重を曲げ成形材３から除去した時、これらの曲げ成形材３の曲げ半径Ｒに戻り変形即ちスプリングバックが生じる。
【０００４】
曲げ半径Ｒまたは曲げ角度θに見られるこのようなスプリングバック量は、一般に、次の(1)式または(2)式から計算されるように、加工力に相当する曲げモーメントＭ及び被加工物の曲げ剛性Ｅ・Ｉの影響を受け、特にアルミニウム合金材の場合のように、鉄材と比べてヤング率Ｅが小さい材料では、曲げ剛性Ｅ・Ｉも小さく、従って曲げ加工におけるスプリングバック量も大きくなり、曲げ加工上の大きな問題点となっている。
１／Ｒ1−１／Ｒ2＝Ｍ／Ｅ・Ｉ (1)
または Δθ＝θ1−θ2＝Ｍ・Ｒ1・θ1／Ｅ・Ｉ (2)
ただし、Ｒ1，θ1 ：負荷時の曲げ半径及び曲げ角度
Ｒ2，θ2 ：除荷時の曲げ半径及び曲げ角度
Ｍ ：曲げモーメント
Ｅ ：ヤング率
Ｉ ：断面二次モーメント
（Ｅ・Ｉ ：曲げ剛性）
【０００５】
このため、予め、このようなスプリングバック量を考慮に入れて曲げ金型を製作したり、曲げ半径又は曲げ角度を規制する可動曲げ型の移動量を余分に設定すること等が一般に行われているが、このスプリングバック量は曲げ加工の負荷方式や加工条件によって変動するので、スプリングバック量を考慮に入れた必要な曲げ半径又は曲げ角度を正確に予測するのは難しく、現場で試行錯誤を重ね、前記可動曲げ型の移動量等による曲げモーメントの修正を行いながら加工を行っているのが実状で、特に、前記のような押し通し曲げで二次元又は三次元の曲げ加工を行う場合にはその規制が非常に困難なものになっている。
【０００６】
従って、本発明の目的とするところは、目標とする曲げ半径又は曲げ角度の曲げ加工品を得るべく、少ない回数の試行錯誤で曲げモーメントを修正して、効率的に作業を進めるための形材の曲げ加工方法を得ることにあり、より具体的には、スプリングバック量を規制する計測容易な因子を特定し、該因子の計測値に基づいて曲げモーメントを調整することにより、曲げ半径又は曲げ角度を制御できるようにした形材の曲げ加工方法を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、移動量により曲げ半径又は曲げ角度を調整し得る可動曲げ型を使用する曲げ加工において、曲げ加工時、被加工物のロックウェル硬さを耐力値に換算し、該耐力値に基づいてスプリングバック量を補償する加工条件を決め、曲げ加工を行う押出し形材の曲げ加工方法であって、前記可動曲げ型のスプリングバックがないとした場合の理論移動量に対する実行移動量の比を示す補正係数Ｃを、被加工物のヤング率Ｅと断面係数Ｚと曲げ半径Ｒと耐力値σ0.2との関数式により規定し、曲げ加工時に被加工物のロックウェル硬さを耐力値σ0.2に換算し、所要の曲げ半径Ｒと共に、前記関数式に代入して前記補正係数Ｃを求め、前記可動曲げ型の実行移動量を決めて曲げ加工を行う押出し形材の曲げ加工方法を、さらに、アルミニウム合金押出し形材を固定型と可動曲げ型に押し通して行う曲げ加工時に、被加工物のロックウェル硬さＨを、予め作成した次の換算式
σ0.2＝ｇ×Ｈ＋ｈ
ただし、ｇ，ｈ：定数
により、０．２％耐力値σ0.2（ｋｇｆ／ｍｍ2）に換算した後、所要の曲げ半径Ｒと共に、次式
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の範囲にある係数
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（ｍｍ3）
Ｒ：曲げ半径（ｍｍ）
により前記可動曲げ型の理論移動量に対する実行移動量の比で表される補正係数Ｃを算出し、前記可動曲げ型の実行移動量を決めて曲げ加工を行う押出し形材の曲げ加工方法を、またさらに、被加工物がＪＩＳ Ａ６０６３材からなるアルミニウム合金押出し形材であって、ロックウェルＦスケール硬さから０．２％耐力値（ｋｇｆ／ｍｍ2）を求める場合の前記換算式において、ｇ＝０．３０、且つ、ｈ＝−１．６３であるところの押出し形材の曲げ加工方法を提案するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
前記のように、曲げ加工におけるスプリングバック量は前記の(1)式又は(2)式により算定されるが、所定の曲げ半径Ｒに曲げ加工するのに、必要な曲げモーメントは被加工物の強度に左右されるものであり、この強度を弾性限界値とすることのできる０．２％耐力値σ0.2で表すとすれば、スプリングバック量Ｓは次の(3)式の関数式としても表すことができる。
Ｓ＝ｆ1（Ｅ，Ｚ，σ0.2，Ｒ） (3)
【０００９】
しかし、被加工物として材質及び調質が一定の形材を用いると、ヤング率Ｅは材料に固有な値で一定であり、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被加工物の形状によって決まり、押出し成形の場合、押出し加工時間の経緯と共に僅かながら進行する押出しダイスの磨耗により、その形状寸法の変化に伴ってこの断面係数Ｚが変化するとしても、例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍの材料が、５０．２ｍｍ×５０．２ｍｍ×２．１ｍｍのように板厚が５パーセント増加した場合の断面係数Ｚの変化は５％である。即ち、この被加工物の板厚等寸法の経時変化はごく僅かであるので、時々測定することにより、殆ど作業能率を阻害することなく曲げ加工データの補足的修正は十分に可能である。
【００１０】
一方、被加工物の強度に関しては、ＪＩＳに規定のあるアルミニウム合金押出し材のＡ６０６３−Ｔ１材及びＡ６０６３−Ｔ５材の０．２％耐力値についてみると、ＪＩＳにおいては、それぞれ６．０ｋｇｆ／ｍｍ2以上及び１１ｋｇｆ／ｍｍ2以上と規定されているのみであるが、実際作業における実測値では、押出し形材の材料間あるいは測定位置等により、Ａ６０６３−Ｔ１材で７．０〜８．７ｋｇｆ／ｍｍ2、Ａ６０６３−Ｔ５材で１７〜２１ｋｇｆ／ｍｍ2の値をとり、各２０％以上のバラツキがあり、前記スプリングバック量のバラツキ即ち曲げ形状のバラツキに最も大きく影響していることがわかる。従って、曲げモーメントに係る被加工物の強度として０．２％耐力値をこの曲げ加工データに取り入れることにより曲げ加工精度を向上させることが可能である。この耐力値により、押出し形材を拘束する可動曲げ型の移動量を調整する創案については、被加工物を、図１のように、固定型と可動曲げ型に押し通して曲げ加工を行う場合として、本出願人の一人によって、特願平７−１８４７９３号として出願されている。
【００１１】
しかしながら、押出し形材の場合は、押出し工程における加工条件の変動や加工後の調質条件の相違等から、前記のように形材の材料間における耐力値にバラツキが大きく、例えば単純に耐力値の平均値によりスプリングバック量を想定し、補正を加えて曲げ加工を行っても、曲げ成形品の曲げ半径又は曲げ角度に依然大きなバラツキを生じるなど、曲げ加工精度に問題があり、また、曲げ加工に際し、試験片を採取して耐力値等強度測定をすることは、現状においては作業能率を阻害することにもなるという問題がある。
【００１２】
本発明は、さらに、このような問題に鑑み、材料の強度と相関関係があり、測定し易く且つ比較的バラツキの少ない硬さを採用し、曲げ加工前に被加工物の硬さを測定し、その値を曲げ加工データに入れて、スプリングバック量との相関関係から曲げ加工における可動曲げ型の実行移動量を求め、曲げ加工を行うものであって、実質的に作業性を阻害することなく曲げ加工精度を向上させようとするものである。
【００１３】
スプリングバックがないとした場合の可動曲げ型の理論移動量Ｍt とスプリングバック量を組み入れた可動曲げ型の実行移動量Ｍa との比を補正係数Ｃとして、次の(4) 式で表すとする。
Ｃ＝Ｍa ／Ｍt (4)
【００１４】
この補正係数Ｃは、また、次の(5)式のように、被加工物のヤング率Ｅと断面係数Ｚと０．２％耐力値σ0.2と曲げ半径Ｒの関数としても表すことができる。
Ｃ＝ｆ2（Ｅ，Ｚ，σ0.2，Ｒ） (5)
【００１５】
補正係数Ｃは、図１に示すような、固定型と可動曲げ型を用いる押し通し曲げにおいては、 Ａ６０６３材やＡ６Ｎ０１材等アルミニウム合金押出し形材について、図２に示すとおり、曲げ半径Ｒと略直線比例の関係にあることが確認されており、次の(6)式のように表される。
Ｃ＝ａＲ＋ｂ (6)
【００１６】
この(6)式における比例定数ａと切片ｂは被加工物毎に異なるが、比例定数ａはまた、図３に示すとおり、被加工物の耐力値σ0.2と断面係数Ｚとの積に略直線比例することが見いだされており、次の(7)式で表される。
ａ＝ｄ×（Ｅ×Ｚ×σ0.2）＋ｅ (7)
【００１７】
さらに、材料の耐力値σ0.2とロックウェル硬さＨとの間にも、図６に示すとおり、直線比例の関係にあり、次の(8)式で表される。
σ0.2＝ｇＨ＋ｈ (8)
従って、このσ0.2を(7)式と(6)式に代入して次の(9)式が成り立つ。
Ｃ＝［ｄ×｛Ｅ×Ｚ×（ｇＨ＋ｈ）｝＋ｅ］Ｒ＋ｂ (9)
【００１８】
作業に際しては、予め、理論移動量Ｍtと実行移動量Ｍaとの比による補正係数Ｃと曲げ半径Ｒとの関係を調査して、前記(6)式の定数ａとｂを求め、この定数ａとＥ×Ｚ×σ0.2との関係から(7)式の定数ｄとｅとを求めておき、所要材料毎に耐力値σ0.2とロックウェル硬さＨの関係から(8)式の定数ｇとｈとを求めておく。曲げ加工作業に際し、被加工物のロックウェル硬さＨを測定し、設定するＲと該当ｇ及びｈと共に前記(9)式に代入することによって、補正係数Ｃを求め、目標とする理論移動量Ｍtから実行移動量Ｍaが決定できる。
【００１９】
なお、(7)式の定数ｄとｅは、被加工物の材質を一定とすれば、Ｚ×σ0.2との関係から求めておくことができ、また材質と断面形状を一定にした場合は、ａとσ0.2とのみの関係から求めることができる。
【００２０】
また、前記したように、Ａ６０６３材及びＡ６Ｎ０１材を含む押出し用アルミ合金形材の場合、前記(6)式に相当する補正係数Ｃ（＝Ｍa ／Ｍt）と曲げ半径Ｒとの関係は、図２のように直線比例関係を示し、前記(7)式に相当するその比例定数αとＺ×σ0.2との関係もまた、図３に示すような直線比例関係を示し、αは、
α1＝８×１０-9×Ｚσ0.2＋０．３とα2＝１１×１０-9×Ｚσ0.2＋０．３の範囲内にあることが知見されている（特願平７−１８４７９３号）。
従って、補正係数Ｃは次式で表される。
Ｃ＝｛Ａ×（Ｚ×σ0.2）＋０．３｝×１０-3×Ｒ＋Ｂ (10)
ただし、Ａ：（８〜１１）×１０-6の範囲にある定数
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（ｍｍ3）
σ0.2：引張り試験における０．２％耐力値（ｋｇｆ／ｍｍ2）
Ｒ：曲げ半径（ｍｍ）
【００２１】
従ってまた、アルミニウム合金の押出し形材の曲げ加工においては、曲げ作業に先立って、被加工物のロックウェル硬さを測定し、予め測定値に基づいて作成した換算式により、０．２％耐力値σ0.2に換算し、所要の曲げ半径Ｒと共に前記補正係数Ｃの式(10)に代入することにより、補正係数Ｃが求められ、可動曲げ型の実行移動量を決めることができ、スプリングバック量のバラツキの少ない曲げ加工品を得ることができる。なお、上記の押し通し曲げ以外の曲げ加工においても、前記(5)式が成り立つので、前記(9)式のような具体式と係数を求めて利用すればよい。
【００２２】
【実施例】
ＪＩＳ Ａ６０６３材について、可動曲げ型の移動量規制により曲げ半径を制御できる図１に示した押し通し曲げ加工装置を使用し、本発明を実施した場合について、説明する。形状が５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍで、０．２％耐力値の代表値が７．５ｋｇｆ／ｍｍ2 （７４Ｎ／ｍｍ2）のＡ６０６３−Ｔ１材の１０試量を被加工物として使用し、曲げ半径Ｒ＝４９０ｍｍを目標値とし、補正係数Ｃとしては、前記の(10)式を用い、σ0.2＝７．５ｋｇｆ／ｍｍ2、また、Ａ＝９．５×１０-6、Ｂ＝３．３ を定数として求めて曲げ加工した結果を、耐力値σ0.2と曲げ半径Ｒとの関係を示す図表として図４に白丸印で示す。
即ち、得られた曲げ半径は４８６〜４９８ｍｍの範囲にばらついている。
【００２３】
また、形状が同様に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍで、０．２％耐力値の代表値が１８．６ｋｇｆ／ｍｍ2（１８２Ｎ／ｍｍ2）のＡ６０６３−Ｔ５材の１０試料を被加工物として使用し、曲げ半径Ｒ＝５５０ｍｍを目標値とし、補正係数Ｃとしては、前記の(10)式を用い、σ0.2＝１８．６ｋｇｆ／ｍｍ2、また、Ａ＝９．５×１０-6、Ｂ＝３．３を定数として求めて曲げ加工した結果を、断面係数Ｚを一定値とし、耐力値σ0.2と曲げ半径Ｒとの関係を示す図表として図５に白丸印で示す。
即ち、得られた曲げ半径Ｒは５３５〜５６２ｍｍの範囲にばらついている。
【００２４】
一方、前記Ａ６０６３−Ｔ１材とＡ６０６３−Ｔ５材による被加工物を試料としてロックウェルＦスケール硬さＨＲＦと０．２％耐力値σ0.2（ｋｇｆ／ｍｍ2）との関係を調べたところ、図６に示すような関係があり、その耐力値σ0.2と前記ロックウェル硬さＨＲＦとの間には、概ね次式で示される比例関係があった。
σ0.2＝０．３０×ＨＲＦ−１．６３ (8′)
【００２５】
この関係式を換算式とし、前記ロックウェル硬さＨＲＦから０．２％耐力値σ0.2を算出し、前記(10)を用いて補正係数Ｃを求め、曲げ半径Ｒを修正し、Ａ６０６３−Ｔ１材とＡ６０６３−Ｔ５材による１０試料について前記のように、それぞれ、曲げ半径Ｒを４９０ｍｍ及び５５０ｍｍを目標値として曲げ加工を行った。その結果を断面係数Ｚを一定値とし、耐力値σ0.2と曲げ半径Ｒとの関係を、前記の図４と図５に黒丸印で併示した。
【００２６】
Ａ６０６３−Ｔ１材の場合、図４に示したように、耐力値σ0.2が７．２〜７．７ｋｇｆ／ｍｍ2（７１〜７６Ｎ／ｍｍ2）の範囲のバラツキを示しているが、曲げ半径Ｒは４８８〜４９４ｍｍの範囲となり、バラツキが略半減状態に改善されている。Ａ６０６３−Ｔ５材の場合、図５に示したように、耐力値σ0.2が１７．５〜１９．５ｋｇｆ／ｍｍ2（１７２〜１９１Ｎ／ｍｍ2）の範囲のバラツキを示しているが、曲げ半径Ｒは５４４〜５５５ｍｍで、補正前のものに比べて約６０％減のバラツキの範囲に改善できた。
【００２７】
なお、上記の実施例では、硬さとしてロックウェルＦスケール硬さの場合を示したが、例えば、他の簡易硬さ計等による測定値に基づいた耐力値への換算式を作成しておいてもよいし、他の測定硬さからのロックウェルＦスケール硬さへの換算値を用い、前記(8) 式の換算式によって処理することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、スプリングバックを考慮して曲げ加工を行う際に、補正係数のうち、実操業において変動及び曲げ加工の結果に対する要因として大きな因子である材料強度（耐力値）を操業時において計測容易な硬さから換算し、曲げデータに取り入れるようにしたから、容易に、作業能率を阻害することなく、効率的にスプリングバック量を補償する可動曲げ型の移動量を見いだすことができ、曲げ精度を向上させることができるという効果を奏する。また、アルミニウム合金押し出し形材を固定金型と可動金型に押し通して行う押し通し曲げ加工における耐力値と断面係数と曲げ半径の直線比例関係にある具体的な関係式にアルミニウム合金におけるロックウェル硬さと耐力値との直線比例関係についての関係式を組み合わせて開示した発明は、予め、必要とする材質について予備テストを行うことで、各種アルミニウム合金材のスプリングバック量を補償する可動曲げ型の適正な移動量を見いだすことができ操業上有効なものである。さらに、アルミニウム合金の押出し材としてＪＩＳ Ａ６０６３材についての具体的な係数を含めた関係式により作業手順を示したものは、利用度の高い押出し形材の曲げ加工を簡便的に実施し易いものにするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】可動曲げ型を使用する押し通し曲げ加工装置を示す模式図である。
【図２】アルミニウム合金押出し形材の曲げ加工における補正係数と曲げ半径との関係を示す図表である。
【図３】図２の直線の比例定数とＺ×σ0.2との関係を示す図表である。
【図４】Ａ６０６３−Ｔ１材の曲げ加工における補正前後の耐力と曲げ半径との関係を示す図表である。
【図５】Ａ６０６３−Ｔ５材の曲げ加工における補正前後の耐力と曲げ半径との関係を示す図表である。
【図６】Ａ６０６３材におけるロックウェル硬さと耐力との関係を示す図表である。
【符号の説明】
１ 固定型
２ 可動曲げ型
３ 曲げ成形材
Ｍ 移動量
Ｒ 曲げ半径
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車フレーム材やサッシ等建築用部材として使用されるアルミニウム合金形材等金属形材の曲げ加工において、曲げ加工後、型装置から外した時に曲げ加工品に生じるスプリングバックを考慮し、予め、測定した材料の硬さによってスプリングバック量を補償する補正量を算出し、曲げ半径等に補正を加えて曲げ加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管材あるいは異形材等形材に曲げモーメントを加える曲げ加工方法には、２個の支持型で保持した形材の中央部をプレス等加工機で可動曲げ型をもって押圧するプレス曲げ、あるいは、図１に示したような固定型１の前方に上下左右動及び回転移動可能に配置した可動曲げ型２を用いて固定型１を通して押し出された形材を可動曲げ型２で拘束し、この可動曲げ型２を移動し、その移動量Ｍで所定曲げ半径Ｒの二次元又は三次元の曲げ加工を行って曲げ成形材３を得る押し通し曲げ等各種の方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、上記の押し通し曲げにより曲げ加工を行った後、可動曲げ型２に加えた荷重を曲げ成形材３から除去した時、これらの曲げ成形材３の曲げ半径Ｒに戻り変形即ちスプリングバックが生じる。
【０００４】
曲げ半径Ｒまたは曲げ角度θに見られるこのようなスプリングバック量は、一般に、次の(1)式または(2)式から計算されるように、加工力に相当する曲げモーメントＭ及び被加工物の曲げ剛性Ｅ・Ｉの影響を受け、特にアルミニウム合金材の場合のように、鉄材と比べてヤング率Ｅが小さい材料では、曲げ剛性Ｅ・Ｉも小さく、従って曲げ加工におけるスプリングバック量も大きくなり、曲げ加工上の大きな問題点となっている。
１／Ｒ1−１／Ｒ2＝Ｍ／Ｅ・Ｉ (1)
または Δθ＝θ1−θ2＝Ｍ・Ｒ1・θ1／Ｅ・Ｉ (2)
ただし、Ｒ1，θ1 ：負荷時の曲げ半径及び曲げ角度
Ｒ2，θ2 ：除荷時の曲げ半径及び曲げ角度
Ｍ ：曲げモーメント
Ｅ ：ヤング率
Ｉ ：断面二次モーメント
（Ｅ・Ｉ ：曲げ剛性）
【０００５】
このため、予め、このようなスプリングバック量を考慮に入れて曲げ金型を製作したり、曲げ半径又は曲げ角度を規制する可動曲げ型の移動量を余分に設定すること等が一般に行われているが、このスプリングバック量は曲げ加工の負荷方式や加工条件によって変動するので、スプリングバック量を考慮に入れた必要な曲げ半径又は曲げ角度を正確に予測するのは難しく、現場で試行錯誤を重ね、前記可動曲げ型の移動量等による曲げモーメントの修正を行いながら加工を行っているのが実状で、特に、前記のような押し通し曲げで二次元又は三次元の曲げ加工を行う場合にはその規制が非常に困難なものになっている。
【０００６】
従って、本発明の目的とするところは、目標とする曲げ半径又は曲げ角度の曲げ加工品を得るべく、少ない回数の試行錯誤で曲げモーメントを修正して、効率的に作業を進めるための形材の曲げ加工方法を得ることにあり、より具体的には、スプリングバック量を規制する計測容易な因子を特定し、該因子の計測値に基づいて曲げモーメントを調整することにより、曲げ半径又は曲げ角度を制御できるようにした形材の曲げ加工方法を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、移動量により曲げ半径又は曲げ角度を調整し得る可動曲げ型を使用する曲げ加工において、曲げ加工時、被加工物のロックウェル硬さを耐力値に換算し、該耐力値に基づいてスプリングバック量を補償する加工条件を決め、曲げ加工を行う押出し形材の曲げ加工方法であって、前記可動曲げ型のスプリングバックがないとした場合の理論移動量に対する実行移動量の比を示す補正係数Ｃを、被加工物のヤング率Ｅと断面係数Ｚと曲げ半径Ｒと耐力値σ0.2との関数式により規定し、曲げ加工時に被加工物のロックウェル硬さを耐力値σ0.2に換算し、所要の曲げ半径Ｒと共に、前記関数式に代入して前記補正係数Ｃを求め、前記可動曲げ型の実行移動量を決めて曲げ加工を行う押出し形材の曲げ加工方法を、さらに、アルミニウム合金押出し形材を固定型と可動曲げ型に押し通して行う曲げ加工時に、被加工物のロックウェル硬さＨを、予め作成した次の換算式
σ0.2＝ｇ×Ｈ＋ｈ
ただし、ｇ，ｈ：定数
により、０．２％耐力値σ0.2（ｋｇｆ／ｍｍ2）に換算した後、所要の曲げ半径Ｒと共に、次式
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の範囲にある係数
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（ｍｍ3）
Ｒ：曲げ半径（ｍｍ）
により前記可動曲げ型の理論移動量に対する実行移動量の比で表される補正係数Ｃを算出し、前記可動曲げ型の実行移動量を決めて曲げ加工を行う押出し形材の曲げ加工方法を、またさらに、被加工物がＪＩＳ Ａ６０６３材からなるアルミニウム合金押出し形材であって、ロックウェルＦスケール硬さから０．２％耐力値（ｋｇｆ／ｍｍ2）を求める場合の前記換算式において、ｇ＝０．３０、且つ、ｈ＝−１．６３であるところの押出し形材の曲げ加工方法を提案するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
前記のように、曲げ加工におけるスプリングバック量は前記の(1)式又は(2)式により算定されるが、所定の曲げ半径Ｒに曲げ加工するのに、必要な曲げモーメントは被加工物の強度に左右されるものであり、この強度を弾性限界値とすることのできる０．２％耐力値σ0.2で表すとすれば、スプリングバック量Ｓは次の(3)式の関数式としても表すことができる。
Ｓ＝ｆ1（Ｅ，Ｚ，σ0.2，Ｒ） (3)
【０００９】
しかし、被加工物として材質及び調質が一定の形材を用いると、ヤング率Ｅは材料に固有な値で一定であり、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被加工物の形状によって決まり、押出し成形の場合、押出し加工時間の経緯と共に僅かながら進行する押出しダイスの磨耗により、その形状寸法の変化に伴ってこの断面係数Ｚが変化するとしても、例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍの材料が、５０．２ｍｍ×５０．２ｍｍ×２．１ｍｍのように板厚が５パーセント増加した場合の断面係数Ｚの変化は５％である。即ち、この被加工物の板厚等寸法の経時変化はごく僅かであるので、時々測定することにより、殆ど作業能率を阻害することなく曲げ加工データの補足的修正は十分に可能である。
【００１０】
一方、被加工物の強度に関しては、ＪＩＳに規定のあるアルミニウム合金押出し材のＡ６０６３−Ｔ１材及びＡ６０６３−Ｔ５材の０．２％耐力値についてみると、ＪＩＳにおいては、それぞれ６．０ｋｇｆ／ｍｍ2以上及び１１ｋｇｆ／ｍｍ2以上と規定されているのみであるが、実際作業における実測値では、押出し形材の材料間あるいは測定位置等により、Ａ６０６３−Ｔ１材で７．０〜８．７ｋｇｆ／ｍｍ2、Ａ６０６３−Ｔ５材で１７〜２１ｋｇｆ／ｍｍ2の値をとり、各２０％以上のバラツキがあり、前記スプリングバック量のバラツキ即ち曲げ形状のバラツキに最も大きく影響していることがわかる。従って、曲げモーメントに係る被加工物の強度として０．２％耐力値をこの曲げ加工データに取り入れることにより曲げ加工精度を向上させることが可能である。この耐力値により、押出し形材を拘束する可動曲げ型の移動量を調整する創案については、被加工物を、図１のように、固定型と可動曲げ型に押し通して曲げ加工を行う場合として、本出願人の一人によって、特願平７−１８４７９３号として出願されている。
【００１１】
しかしながら、押出し形材の場合は、押出し工程における加工条件の変動や加工後の調質条件の相違等から、前記のように形材の材料間における耐力値にバラツキが大きく、例えば単純に耐力値の平均値によりスプリングバック量を想定し、補正を加えて曲げ加工を行っても、曲げ成形品の曲げ半径又は曲げ角度に依然大きなバラツキを生じるなど、曲げ加工精度に問題があり、また、曲げ加工に際し、試験片を採取して耐力値等強度測定をすることは、現状においては作業能率を阻害することにもなるという問題がある。
【００１２】
本発明は、さらに、このような問題に鑑み、材料の強度と相関関係があり、測定し易く且つ比較的バラツキの少ない硬さを採用し、曲げ加工前に被加工物の硬さを測定し、その値を曲げ加工データに入れて、スプリングバック量との相関関係から曲げ加工における可動曲げ型の実行移動量を求め、曲げ加工を行うものであって、実質的に作業性を阻害することなく曲げ加工精度を向上させようとするものである。
【００１３】
スプリングバックがないとした場合の可動曲げ型の理論移動量Ｍt とスプリングバック量を組み入れた可動曲げ型の実行移動量Ｍa との比を補正係数Ｃとして、次の(4) 式で表すとする。
Ｃ＝Ｍa ／Ｍt (4)
【００１４】
この補正係数Ｃは、また、次の(5)式のように、被加工物のヤング率Ｅと断面係数Ｚと０．２％耐力値σ0.2と曲げ半径Ｒの関数としても表すことができる。
Ｃ＝ｆ2（Ｅ，Ｚ，σ0.2，Ｒ） (5)
【００１５】
補正係数Ｃは、図１に示すような、固定型と可動曲げ型を用いる押し通し曲げにおいては、 Ａ６０６３材やＡ６Ｎ０１材等アルミニウム合金押出し形材について、図２に示すとおり、曲げ半径Ｒと略直線比例の関係にあることが確認されており、次の(6)式のように表される。
Ｃ＝ａＲ＋ｂ (6)
【００１６】
この(6)式における比例定数ａと切片ｂは被加工物毎に異なるが、比例定数ａはまた、図３に示すとおり、被加工物の耐力値σ0.2と断面係数Ｚとの積に略直線比例することが見いだされており、次の(7)式で表される。
ａ＝ｄ×（Ｅ×Ｚ×σ0.2）＋ｅ (7)
【００１７】
さらに、材料の耐力値σ0.2とロックウェル硬さＨとの間にも、図６に示すとおり、直線比例の関係にあり、次の(8)式で表される。
σ0.2＝ｇＨ＋ｈ (8)
従って、このσ0.2を(7)式と(6)式に代入して次の(9)式が成り立つ。
Ｃ＝［ｄ×｛Ｅ×Ｚ×（ｇＨ＋ｈ）｝＋ｅ］Ｒ＋ｂ (9)
【００１８】
作業に際しては、予め、理論移動量Ｍtと実行移動量Ｍaとの比による補正係数Ｃと曲げ半径Ｒとの関係を調査して、前記(6)式の定数ａとｂを求め、この定数ａとＥ×Ｚ×σ0.2との関係から(7)式の定数ｄとｅとを求めておき、所要材料毎に耐力値σ0.2とロックウェル硬さＨの関係から(8)式の定数ｇとｈとを求めておく。曲げ加工作業に際し、被加工物のロックウェル硬さＨを測定し、設定するＲと該当ｇ及びｈと共に前記(9)式に代入することによって、補正係数Ｃを求め、目標とする理論移動量Ｍtから実行移動量Ｍaが決定できる。
【００１９】
なお、(7)式の定数ｄとｅは、被加工物の材質を一定とすれば、Ｚ×σ0.2との関係から求めておくことができ、また材質と断面形状を一定にした場合は、ａとσ0.2とのみの関係から求めることができる。
【００２０】
また、前記したように、Ａ６０６３材及びＡ６Ｎ０１材を含む押出し用アルミ合金形材の場合、前記(6)式に相当する補正係数Ｃ（＝Ｍa ／Ｍt）と曲げ半径Ｒとの関係は、図２のように直線比例関係を示し、前記(7)式に相当するその比例定数αとＺ×σ0.2との関係もまた、図３に示すような直線比例関係を示し、αは、
α1＝８×１０-9×Ｚσ0.2＋０．３とα2＝１１×１０-9×Ｚσ0.2＋０．３の範囲内にあることが知見されている（特願平７−１８４７９３号）。
従って、補正係数Ｃは次式で表される。
Ｃ＝｛Ａ×（Ｚ×σ0.2）＋０．３｝×１０-3×Ｒ＋Ｂ (10)
ただし、Ａ：（８〜１１）×１０-6の範囲にある定数
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（ｍｍ3）
σ0.2：引張り試験における０．２％耐力値（ｋｇｆ／ｍｍ2）
Ｒ：曲げ半径（ｍｍ）
【００２１】
従ってまた、アルミニウム合金の押出し形材の曲げ加工においては、曲げ作業に先立って、被加工物のロックウェル硬さを測定し、予め測定値に基づいて作成した換算式により、０．２％耐力値σ0.2に換算し、所要の曲げ半径Ｒと共に前記補正係数Ｃの式(10)に代入することにより、補正係数Ｃが求められ、可動曲げ型の実行移動量を決めることができ、スプリングバック量のバラツキの少ない曲げ加工品を得ることができる。なお、上記の押し通し曲げ以外の曲げ加工においても、前記(5)式が成り立つので、前記(9)式のような具体式と係数を求めて利用すればよい。
【００２２】
【実施例】
ＪＩＳ Ａ６０６３材について、可動曲げ型の移動量規制により曲げ半径を制御できる図１に示した押し通し曲げ加工装置を使用し、本発明を実施した場合について、説明する。形状が５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍで、０．２％耐力値の代表値が７．５ｋｇｆ／ｍｍ2 （７４Ｎ／ｍｍ2）のＡ６０６３−Ｔ１材の１０試量を被加工物として使用し、曲げ半径Ｒ＝４９０ｍｍを目標値とし、補正係数Ｃとしては、前記の(10)式を用い、σ0.2＝７．５ｋｇｆ／ｍｍ2、また、Ａ＝９．５×１０-6、Ｂ＝３．３ を定数として求めて曲げ加工した結果を、耐力値σ0.2と曲げ半径Ｒとの関係を示す図表として図４に白丸印で示す。
即ち、得られた曲げ半径は４８６〜４９８ｍｍの範囲にばらついている。
【００２３】
また、形状が同様に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍで、０．２％耐力値の代表値が１８．６ｋｇｆ／ｍｍ2（１８２Ｎ／ｍｍ2）のＡ６０６３−Ｔ５材の１０試料を被加工物として使用し、曲げ半径Ｒ＝５５０ｍｍを目標値とし、補正係数Ｃとしては、前記の(10)式を用い、σ0.2＝１８．６ｋｇｆ／ｍｍ2、また、Ａ＝９．５×１０-6、Ｂ＝３．３を定数として求めて曲げ加工した結果を、断面係数Ｚを一定値とし、耐力値σ0.2と曲げ半径Ｒとの関係を示す図表として図５に白丸印で示す。
即ち、得られた曲げ半径Ｒは５３５〜５６２ｍｍの範囲にばらついている。
【００２４】
一方、前記Ａ６０６３−Ｔ１材とＡ６０６３−Ｔ５材による被加工物を試料としてロックウェルＦスケール硬さＨＲＦと０．２％耐力値σ0.2（ｋｇｆ／ｍｍ2）との関係を調べたところ、図６に示すような関係があり、その耐力値σ0.2と前記ロックウェル硬さＨＲＦとの間には、概ね次式で示される比例関係があった。
σ0.2＝０．３０×ＨＲＦ−１．６３ (8′)
【００２５】
この関係式を換算式とし、前記ロックウェル硬さＨＲＦから０．２％耐力値σ0.2を算出し、前記(10)を用いて補正係数Ｃを求め、曲げ半径Ｒを修正し、Ａ６０６３−Ｔ１材とＡ６０６３−Ｔ５材による１０試料について前記のように、それぞれ、曲げ半径Ｒを４９０ｍｍ及び５５０ｍｍを目標値として曲げ加工を行った。その結果を断面係数Ｚを一定値とし、耐力値σ0.2と曲げ半径Ｒとの関係を、前記の図４と図５に黒丸印で併示した。
【００２６】
Ａ６０６３−Ｔ１材の場合、図４に示したように、耐力値σ0.2が７．２〜７．７ｋｇｆ／ｍｍ2（７１〜７６Ｎ／ｍｍ2）の範囲のバラツキを示しているが、曲げ半径Ｒは４８８〜４９４ｍｍの範囲となり、バラツキが略半減状態に改善されている。Ａ６０６３−Ｔ５材の場合、図５に示したように、耐力値σ0.2が１７．５〜１９．５ｋｇｆ／ｍｍ2（１７２〜１９１Ｎ／ｍｍ2）の範囲のバラツキを示しているが、曲げ半径Ｒは５４４〜５５５ｍｍで、補正前のものに比べて約６０％減のバラツキの範囲に改善できた。
【００２７】
なお、上記の実施例では、硬さとしてロックウェルＦスケール硬さの場合を示したが、例えば、他の簡易硬さ計等による測定値に基づいた耐力値への換算式を作成しておいてもよいし、他の測定硬さからのロックウェルＦスケール硬さへの換算値を用い、前記(8) 式の換算式によって処理することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、スプリングバックを考慮して曲げ加工を行う際に、補正係数のうち、実操業において変動及び曲げ加工の結果に対する要因として大きな因子である材料強度（耐力値）を操業時において計測容易な硬さから換算し、曲げデータに取り入れるようにしたから、容易に、作業能率を阻害することなく、効率的にスプリングバック量を補償する可動曲げ型の移動量を見いだすことができ、曲げ精度を向上させることができるという効果を奏する。また、アルミニウム合金押し出し形材を固定金型と可動金型に押し通して行う押し通し曲げ加工における耐力値と断面係数と曲げ半径の直線比例関係にある具体的な関係式にアルミニウム合金におけるロックウェル硬さと耐力値との直線比例関係についての関係式を組み合わせて開示した発明は、予め、必要とする材質について予備テストを行うことで、各種アルミニウム合金材のスプリングバック量を補償する可動曲げ型の適正な移動量を見いだすことができ操業上有効なものである。さらに、アルミニウム合金の押出し材としてＪＩＳ Ａ６０６３材についての具体的な係数を含めた関係式により作業手順を示したものは、利用度の高い押出し形材の曲げ加工を簡便的に実施し易いものにするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】可動曲げ型を使用する押し通し曲げ加工装置を示す模式図である。
【図２】アルミニウム合金押出し形材の曲げ加工における補正係数と曲げ半径との関係を示す図表である。
【図３】図２の直線の比例定数とＺ×σ0.2との関係を示す図表である。
【図４】Ａ６０６３−Ｔ１材の曲げ加工における補正前後の耐力と曲げ半径との関係を示す図表である。
【図５】Ａ６０６３−Ｔ５材の曲げ加工における補正前後の耐力と曲げ半径との関係を示す図表である。
【図６】Ａ６０６３材におけるロックウェル硬さと耐力との関係を示す図表である。
【符号の説明】
１ 固定型
２ 可動曲げ型
３ 曲げ成形材
Ｍ 移動量
Ｒ 曲げ半径
Claims (3)
- 移動量により曲げ半径又は曲げ角度を調整し得る可動曲げ型を使用する押出し形材の曲げ加工において、曲げ加工時、被加工物のロックウェル硬さを耐力値に換算し、該耐力値に基づいてスプリングバック量を補償する加工条件を決め、曲げ加工を行う押出し形材の曲げ加工方法であって、
前記可動曲げ型のスプリングバックがないとした場合の理論移動量に対する実行移動量の比を示す補正係数Ｃを、被加工物のヤング率Ｅと断面係数Ｚと曲げ半径Ｒと耐力値σ0.2との関数式により規定し、曲げ加工時に被加工物のロックウェル硬さを耐力値σ 0.2 に換算し、所要の曲げ半径Ｒと共に、前記関数式に代入して前記補正係数Ｃを求め、前記可動曲げ型の実行移動量を決めて曲げ加工を行うことを特徴とする押出し形材の曲げ加工方法。 - 移動量により曲げ半径又は曲げ角度を調整し得る可動曲げ型を使用する押出し形材の曲げ加工において、曲げ加工時、被加工物のロックウェル硬さを耐力値に換算し、該耐力値に基づいてスプリングバック量を補償する加工条件を決め、曲げ加工を行う押出し形材の曲げ加工方法であって、
アルミニウム合金押出し形材を固定型と可動曲げ型に押し通して行う曲げ加工時に、被加工物のロックウェル硬さＨを、予め作成した次の換算式
σ0.2＝ｇ×Ｈ＋ｈ
ただし、ｇ，ｈ：定数
により０．２％耐力値σ0.2（ｋｇｆ／ｍｍ2）に換算した後、所要の曲げ半径Ｒと共に、次式
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の範囲にある係数
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（ｍｍ3）
Ｒ：曲げ半径（ｍｍ）
により前記可動曲げ型の理論移動量に対する実行移動量の比で表される補正係数Ｃを算出し、前記可動曲げ型の実行移動量を決めて曲げ加工を行うことを特徴とする押出し形材の曲げ加工方法。 - 被加工物がＪＩＳ Ａ６０６３材からなるアルミニウム合金押出し形材であって、ロックウェルＦスケール硬さから０．２％耐力値（ｋｇｆ／ｍｍ2）を求める場合の前記換算式において、ｇ＝０．３０、且つ、ｈ＝−１．６３であることを特徴とする請求項２に記載の押出し形材の曲げ加工方法。
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