JP4751052B2

JP4751052B2 - ダイ

Info

Publication number: JP4751052B2
Application number: JP2004333594A
Authority: JP
Inventors: 隆浩柴田
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-11-17
Also published as: JP2006142324A

Description

本発明は、板状のワークをＶ字形状に折曲げ加工を行うときの折曲げ加工方法に使用するダイに関する。

Ｖ字形状の加工溝を備えたダイと上記加工溝に対応した先端形状のパンチとによって板状のワークをＶ字形状に折曲げ加工する方法として、エアベンディング（自由曲げ）、ボトミング（加圧曲げ）及びコイニング（圧印曲げ）がある。

前記エアベンディングは、ダイにおけるＶ字形状の加工溝の両肩部とパンチ先端との３点の位置関係においてワークの折曲げ角度が自由に変更できることから３点曲げと称されることもある。この曲げ加工においては、ワークのスプリングバック量が大きいという問題がある。前記ボトミングは、ダイにおけるＶ溝の傾斜面とパンチの傾斜面でもってワークを挟圧するもので、スプリングバック量は小さくなるものの、ワークの折曲げ角度をより正確に行うには問題がある。前記コイニングは、ダイにおけるＶ溝の傾斜面とパンチの傾斜面でもってワークを挟圧した後、より大きな加圧力（エアベンディングの５〜８倍）をワークに加えるので、ワークの角度を正確に加工することができるものの、折曲げ加工機（プレスブレーキ）のフレームの剛性を大きくしなければならないという問題がある。

なお、エアベンディング及びコイニング加工を行う先行例として、例えば特許文献１がある。
特開２００１−１０４９号公報

前記特許文献１に記載の発明においては、Ｖ字形状の加工溝を備えたダイとパンチとによって板状のワークをＶ字形状に折曲げ加工するとき、エアベンディングとコイニングは共通の金型を用いて行うものである。したがって、コイニング時には、ダイにおける加工溝の傾斜面とパンチ先端面側の傾斜面の全面でもってワークを強力に強圧（加圧）することになる。すなわち、ダイにおける加工溝の傾斜面の傾斜角及びパンチ先端両側の傾斜面の傾斜角をワークへ転写する際のコイニング時の加圧力が極めて大きくなり、フレーム剛性を高める必要がある。

ところで、一見すると外観的に本発明に係るダイに類似するダイの構成が、特開平９−２９５０５２号公報に記載されている。この公開特許公報に記載された発明は、ダイ肩部の曲率半径が約０．８mmと小さいと、初期摩耗の進行速度が早く安定せず、例えば２０００回以上ワークの曲げ加工を行うと、前記ダイ肩部の摩耗が安定することに基づき、ダイ肩部の曲面を、２０００回曲げたときの肩部の曲線に形成したもので、そのときの曲率半径は０．９９mmとなるものであって小さなものである。

すなわち、前記公開特許公報に記載の発明は、ダイにおけるＶ字形状の加工溝のほぼ中間深さ位置より上側部を、例えば曲率半径の大きな凸曲面等に形成しようとするものではなく、本発明とは何等関係ないものである。

本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、板状のワークの折曲げ加工を行うためのダイであって、上面とＶ字形状の加工溝とを備え、前記加工溝の底部付近の両側に備えた傾斜平面と前記上面とに接するように接続した曲面に対する最上部の接平面は前記上面と一致する平面であって、前記曲面に対する最下部の接平面は前記傾斜面と一致する平面であり、かつ前記曲面は、上部側の曲率半径よりも下部側の曲率半径が大きくなる凸曲面であることを特徴とするものである。

本発明によれば、板状のワークは、ダイに備えたＶ字形状の加工溝の底部付近の傾斜平面とパンチに備えた傾斜平面とによって挟圧して局所的に加圧することにより、折曲げ加工を行うものであるから、ダイの加工溝の傾斜面全面を使用してワークを挟圧し折曲げ加工を行う場合に比較して、折曲げ加工の加圧力を小さくできるものである。

以下、図面を用いて本発明に係る実施形態について説明するに、先ず、理解を容易にするために、板状のワークをＶ字形状に折曲げ加工する場合について説明する。

図１に示すように、板状のワークＷをＶ字形状に折曲げるために使用されるダイのダイ本体１は、Ｖ字形状の加工溝（Ｖ溝）３を備えており、この加工溝３における両側の傾斜平面（傾斜面）５とダイ本体１の上面７との交差部が肩部９である。この肩部９は微小半径Ｒ１（例えば０．８mm）でもって円弧状の曲面に形成してある。そして、前記両傾斜面５の交差部であるＶ溝３の底部には、小さな凹部を設けることもある。

前記ダイ本体１の加工溝３に対して係合自在なパンチ１１は前記加工溝３の傾斜面５と平行な傾斜面（傾斜平面）１３を先端側に備えた構成であって、パンチ１１の先端部の角度（先端角）θは、ダイ本体１におけるＶ溝（加工溝）３の角度と等しく形成してある。そして、パンチ１１の先端部は小さな半径Ｒ２でもって円弧状の曲面に形成してある。上記パンチ１１の幅寸法は、前記ダイ本体１における加工溝３の上面におけるＶ幅すなわち前記肩部９の間隔寸法に等しく形成してある。

上記構成において、ダイ本体１の上面７にワークＷを載置し、パンチ１１の先端部でもってワークＷをダイ本体１の加工溝３内へ押圧すると、図１に示すように、ワークＷは、ダイ本体１の肩部９に支持された状態でもって折曲げ加工されるものである。そして、前記パンチ１１による加圧（押圧）が進行すると、パンチ１１とダイ本体１との間において、ワークＷは、図２に示すごとき挙動（現象）を呈するものである。

すなわち、図２（Ａ）の状態は、ワークＷの支点がダイ本体１における肩部９から加工溝３の傾斜面５に移り、かつワークＷと傾斜面５との接触位置ＷＰより上方位置において、ワークＷがパンチ１１の傾斜面１３に接触（当接）した状態にある。この図２（Ａ）に示す状態においては、ワークＷの折曲げ角度は、ダイ本体１における加工溝３，パンチ１１の先端角θより小さな角度である。

その後、パンチ１１の押圧がさらに進行すると、ワークＷと傾斜面５との接触位置ＷＰは次第に下側（Ｖ溝の底部側）へ移動すると共に、ワークＷの上部側は、図２（Ｂ）に示すように曲げ戻され、図２（Ｃ）に示すように、ダイ本体１における傾斜面５の上部付近に再び接触する。そして、最終的には、ダイ本体１の傾斜面５とパンチ１１の傾斜面１３との間に強力に挟圧されてコイニングが行われるものである。この際、パンチ１１とワークＷとの間に微細な空隙ＷＡが存在すると、曲げ角度の不安定要素となるので、上記空隙ＷＡをなくするように、極めて大きな加圧力を必要とするものである。

ワークＷの折曲げ加工を開始したときからのワークＷの角度変化と加圧力との関係を示すと、よく知られているように、図３に示すようになる。なお、前述したワークＷの挙動やワークの曲げ角度と加圧力との関係は、ワークの材質，板厚，パンチ及びダイの形状，寸法によって異なるが、一般的には前述したごとき現象を生じるものである。図３において、Ａ領域はエアベンディング領域であり、Ｂはボトミング領域であり、Ｃはコイニング領域である。

そして、ワークＷの曲げ角度が曲げ角度９０°（ダイにおけるＶ溝，パンチ先端角の角度が９０°の場合である）より小さくなって再び９０°に戻るＤ領域は、前記図２（Ａ）〜（Ｃ）の過程に相当する領域である。

前述のごとく、ワークＷにコイニングを行なうことにより、ワークＷがパンチ１１の先端アールＲ２になじんだ部分０−Ｗ１の部分は、曲げ半径を大きくするように、すなわち開くようにスプリングバック（正のスプリングバック）する部分であり、Ｗ１−Ｗ２の部分は、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、曲げ戻された部分であり、ワークＷを閉じるようにスプリングバック（負のスプリングバック）する。そして、Ｗ２−Ｗ３の部分は、図２（Ｃ）において加圧されることによりパンチ１１の傾斜面１３へ接触するように変形される部分であって、正のスプリングバックとなる。

前記０−Ｗ１，Ｗ１−Ｗ２，Ｗ２−Ｗ３の各領域でのスプリングバックの和が零となればスプリングバック零になり、正のスプリングバックが優勢である場合には、パンチ１１とダイ本体１による加圧力を除去すると、ワークＷは角度が大きくなるようにスプリングバックを生じ、逆に負のスプリングバックが優勢な場合には、加圧力を除去すると、ワークＷは角度を小さくするように変形する（スプリングゴー，スプリングイン）ものである。

既に理解さるように、ダイ本体１におけるＶ溝３の傾斜面５とパンチ１１の傾斜面１３によってワークＷを挟圧してボトミング、コイニング等を行うとき、前記傾斜面５，１３の全面でもってワークＷを加圧するものであるから、比較的広い傾斜面５，１３の全面にボトミング又はコイニングに必要な加圧力を付与するには、大出力の加圧装置が必要であると共に、折曲げ加工機（プレスブレーキ）のフレームの剛性を、ボトミング、コイニングに対応可能なように大きくする必要がある。

すなわち、ワークＷをコイニングによって折曲げ加工する場合には、コイニング時の大荷重に対応し得るように、折曲げ加工機のフレームを高剛性に予め構成する必要があり、高価なものとなる。そこで、エアベンディングやボトミングによりワークＷの折曲げ加工を行う折曲げ加工機においても、フレームの剛性をそのままにしてコイニングによりワークＷの折曲げ加工を行い得ることが望まれていた。

上記に鑑みて、本発明の実施形態に係るダイは次のごとく構成してある。すなわち、図５に示すように、ダイ本体２１はＶ字形状の加工溝（Ｖ溝）２３を形成する両側の側面における底部付近の両側に傾斜平面（傾斜面）２５を備え、この傾斜平面２５とダイ本体２１の上部の平面である上面２７は、前記傾斜平面２５及び上面２７に接するように接続した曲面２９によって接続してある。上記曲面２９に対する最上部の接平面は前記上面２７と一致する平面であり、前記曲面２９に対する最下部の接平面は前記傾斜平面２５と一致した平面である。そして、前記曲面２９における上部側の曲率半径Ｒ２１よりも下部側の曲率半径Ｒ２２…Ｒ２ｎが次第に大きくなる凸曲面に形成してある。なお、上記曲率半径Ｒ２１…Ｒ２ｎは、従来の一般的なダイにおける肩部Ｒの半径よりも大きな半径で約１mm〜１０mmの大きな半径である。

そして、前記ダイ本体２１の上面２７と前記曲面２９とを接続した位置の間隔（加工溝２３の最上部のＶ幅）を寸法（Ｖ幅寸法）Ａとし、前記Ｖ溝（加工溝）２３の傾斜平面２５と前記曲面２９とが接続した位置の間隔を寸法（傾斜平面２５の上部の幅寸法）Ｂとしたとき、約２≦Ａ／Ｂ≦４に設定してある。

すなわち、ダイ本体２１におけるＶ溝２３のＶ幅Ａは、対象とするワークＷの板厚ｔの５〜８倍程度に設定するのが一般的であり、かつワークＷの折曲げ加工は９０°曲げが多いので、例えばコイニング等の曲げ加工を行うダイにおけるＶ溝２３の目標角度は９０°に設定してあるのが一般的である。そして、ダイ本体２１におけるＶ溝２３の傾斜平面２５とパンチ１１における傾斜面１３によってワークＷを挟圧し、折曲げ加工を行うとき、パンチ１１における先端アールＲ２の中心からダイ本体２１における傾斜平面２５へ垂線を引いた場合、この垂線付近の領域に大きな加圧力が作用することになる（応力が大きくなる）。

したがって、例えばコイニング等の折曲げ加工を行うとき、ワークＷに大きな加圧力が作用する領域（応力が大きくなる領域）をある程度確保するには、約２≦Ａ／Ｂとすることが望ましいものである。ここで、２＞Ａ／Ｂになると、Ｖ溝２３における傾斜平面２５の広がりが大きくなり、例えばコイニング等の折曲げ加工時の加圧力を大きくする必要があり、加圧装置の大型化をまねくこととなり望ましいものではない。

逆にＡ／Ｂ＞４になると、Ｖ溝２３における傾斜平面２５の広がりが小さくなり、ワークの折曲げ加工時にワークＷに大きな応力が生じる領域が小さくなるので望ましいものではない。

以上のごとき構成において、前述と同様の条件のパンチ１１を使用し、ダイ本体２１の上面２７上に載置したワークＷをＶ溝２３内へ押圧して、ワークＷの折曲げ加工を行うと、ダイ本体２１によるワークＷの支点（ワークＷとＶ溝２３の両側面との接触位置）は、曲面２９に沿って下方向へ次第に移動する。そして、ダイ本体２１におけるＶ溝２３の傾斜平面２５とパンチ１１における傾斜面１３とによってワークＷが挟圧され、この挟圧状態においてパンチ１１の加圧力をより大きくすることにより、ワークＷのボトミング、コイニング等の折曲げ加工が行われる。

ところで、前述のごとくワークＷの折曲げ加工を行うとき、初期においては、ワークＷの折曲げ部は、図１，図２に示されているように、パンチ１１の先端アールＲ２よりも大きな半径に折曲げられる。したがって、ダイ１におけるＶ溝３の両側の傾斜面５とワークＷとの当接位置ＷＰ（図２参照）の両側方において、ワークＷはパンチ１１の傾斜面１３に当接し（図２（Ａ）参照）、曲げ戻しが行なわれる。

ここで、前記傾斜面５の上部側が、図５に示したごとき曲面２９に形成すると、曲面２９は、前記傾斜面２５に接する接平面２５Ｆの外側に位置し、かつ曲面２９の上部側ほど前記接平面２５Ｆから離れるものである。したがって、曲面２９の上部側は、パンチ１１の傾斜面１３から遠く離れるものである。したがって、ワークＷが曲面２９に当接する位置は、傾斜面５の場合に比較してパンチ１１の傾斜面１３から離れる。よって、パンチ１１の先端部の押圧によって折曲げられるワークＷの折曲げ部の曲率が等しい場合には、ワークＷの両側がパンチ１１に当接する時期は、Ｖ溝３の両側の傾斜面５が全体に形成してある場合よりも、傾斜面５の上側に曲面２９が形成してある場合（図５に示す構成の場合）の方が、遅れることになる。

すなわち、ダイ本体１の構成の場合よりも、ダイ本体２１の構成の場合の方が、ワークＷの折曲げ加工が進行した後に、ワークＷの折曲げ部の両側部がパンチ１１の傾斜面１３に当接して曲げ戻しが行われることになる。すなわち、一般的なダイ本体１を使用する場合よりも、本実施形態に係るダイ本体２１を使用しての曲げ加工の方が、曲げ戻しに必要なエネルギーを抑えることができ、ボトミング、コイニング等の折曲げ加工時の加圧力を抑制することができるものである。

前述のごとく、ダイ本体２１とパンチ１１とによってワークＷの折曲げ加工を行うとき、ワークＷとダイ本体２１との接触位置（ダイ本体２１によるワークＷの支持位置）は、曲面２９に沿って次第に下側（Ｖ溝の底部側）へ移動する。したがって、ダイ本体２１によりワークＷが支持されている支持点の間隔寸法が次第に小さくなるので、パンチ１１による加圧力は次第に大きくなる。そして、ワークＷの折曲げ部の両側部がパンチ１１の傾斜面１３に当接するようになると、ワークＷの折曲げ角度はダイ本体２１におけるＶ溝２３の角度より小さくなる。その後、曲げ戻しが行われ、ボトミング、コイニング等の折曲げ加工が行われるようになる。

したがって、ワークＷの曲げ角度と加圧力との関係を示すと、図３における曲線Ｌのごとき関係にあり、曲げ戻しの量は、従来の一般的なボトミング、コイニング時よりも小さなものであり、曲げ戻しに必要なエネルギーが小さくなるものである。

既に理解されるように、本実施形態によれば、パンチ１１とダイ本体２１とによってワークＷの折曲げ加工を行うとき、３点曲げ（エアーベンディング）の状態を保持して、ワークＷとダイ本体２１のＶ溝２３における両側面との接触位置（ダイ本体２１によるワークＷの支持位置）をＶ溝２３の底部側へ移動し、すなわち上記支持位置の間隔を次第に小さくして、最終的には、Ｖ溝２３の底部側に備えた傾斜平面２５とパンチ１１の先端側の傾斜平面でもってワークＷを挟圧し局部的に強力に加圧するものである。

換言すれば、図３に曲線Ｌで示したように、ワークＷの折曲げ加工の開始時からボトミング、コイニング加工に移行するまでの間、加圧力を減少することなく次第に増大（増加）するものである。したがって、パンチ１１，ダイ本体２１及びワークＷの条件が一定であれば、ワークＷの折曲げ角度と加圧力との関係を一義的に関係付けて知ることが可能である。よって、同一条件による次回のワークＷの折曲げ加工時には試し曲げが不要なものであり、能率向上を図ることができる。なお、ワークＷの折曲げ角度と加圧力との関係は直線的であることが望ましく、前記曲線２９の形状の適正化を図ることにより可能である。

そこで、前記傾斜平面２５の幅寸法Ｂを一定に保持した状態において、前記曲面２９の曲率半径を一定にすることも可能である。しかし、曲面２９の曲率半径を一定にすると、半径の大きな円弧を呈する曲面となり、前記Ｖ幅寸法Ａが大きくなるので望ましいものではない。そこで、前記Ｖ幅寸法Ａを小さくすべく、曲面２９の曲率半径を小さな一定半径にすると、この場合は、Ｖ溝２３が浅くなり、Ｖ溝２３を形成する側面（傾斜平面２５及び曲面２９を含む面）の、幅寸法（Ｖ溝２３の底部から上面２７までの寸法）が小さくなる。

したがって、Ｖ溝２３のＶ幅寸法Ａ＝Ｂのダイ本体を用いてワークＷの折曲げ加工を行うと、ワークＷの折曲げ過程において、ワークＷの折曲げ部付近の両側方部がＶ溝２３の側面に当接することがなく、曲げ戻し作用（図２参照）を受けなくなることがある。したがって、ワークＷのボトミング、コイニング後に加圧力を除くと、ワークＷには、図４に示した正のスプリングバックＷ１のみが作用することになる。

よって、ダイ本体２１におけるＶ溝２３の角度及びパンチ１１における先端角を目標とする折曲げ角度に設定してワークＷのボトミング、コイニング等の折曲げ加工を行うと、ダイ本体２１のＶ溝２３，パンチ１１の先端角に倣うものの、上記Ｖ溝２３，先端角の角度よりも小さくなるようにオーバベンドされることがないので、パンチ，ダイから取り外したワークの曲げ角度は、スプリングバックによって、常に目標角度よりも大きくなり、正確な曲げ加工が困難になるものである。

以上のごとき説明より理解されるように、ダイ本体２１とパンチ１１とによってワークＷをＶ字形に折曲げ加工を行うとき、ダイ本体２１においてワークＷを強力に挟圧する部分は、Ｖ溝２３の底部付近の比較的狭い領域の傾斜平面２５部分であるから、ワークＷをＶ字形状に折曲げた折曲げ線に近接した両側部分のみを局所的に加圧することとなり、Ｖ溝２３の側面（図１に示したダイ本体１における傾斜面５に相当する側面）全体にワークＷが当接する、従来のダイの場合に比較して、ボトミング、コイニング等の折曲げ加工に要する加圧力を小さくすることができる。

また、ダイ本体２１において、Ｖ溝２３の底部側に備えた傾斜平面２５の上側に形成した曲面２９は、上部側の曲率半径よりも下部側の曲率半径が大きくなる凸曲面に形成してあるので、Ｖ溝２３におけるＶ幅寸法Ａを小さくでき、加工対象とするワークＷの幅寸法が小さい場合でも対応できるものである。

図６は第２の実施形態を示すものである。この第２の実施形態においては、ダイ本体２１におけるＶ溝２３の傾斜平面２５と上面２７とを、楕円３１によって接続したものである。なお、前記楕円３１と傾斜平面２５との接続位置は、Ｖ溝２３の上面２７からの深さの約中間位置付近である。このような構成においても、前記傾斜平面２５の上側の曲面２９は凸曲面となるものであり、前述同様の効果を奏し得るものである。

図７は第３の実施形態を示すもので、この第３の実施形態においては、ダイ本体２１におけるＶ溝２３の傾斜平面２５と上面２７との間の曲面２９を削除して適宜形状の凹面部３３を形成した構成である。この構成において、ワークＷの折曲げ加工の初期においてはＶ溝２３の肩部（小半径の曲面）とパンチ１１の３点による折曲げ加工が行なわれる（図７（Ａ）参照）。そして、ワークＷの折曲げ加工が進行すると、ワークＷの折曲げ部付近が傾斜平面２５の上部に接触し、ワークＷは、ダイ本体２１との関係においては、前記傾斜平面２５の上部，Ｖ溝２３の肩部と接触した状態（３点曲げの状態）にある。その後、さらにワークＷの折曲げ加工が進行すると、Ｖ溝２３の肩部からワークＷが僅かに離れ、前記傾斜平面２５とパンチ１１との間においてワークＷの局部に強力な加圧が行われ、ボトミング、コイニング等の折曲げ加工が行われることになる。上記構成においても、前述したごとき効果を奏し得るものである。

既に理解されるように、ボトミング、コイニング等の折曲げ加工は、ダイ本体２１におけるＶ溝の底部側の傾斜面２５とパンチ１１の先端側の傾斜面１３とによってワークＷの折り曲げ線付近を局部的に強力に加圧して行うものであるから、ダイ本体２１における前記傾斜面２５から上面２７に至るＶ溝２３の側面は、前述した凹面部３３等に形成することが可能なものである。換言すれば、前記傾斜面２５から上面２７に至る側面は、前記傾斜面２５に接する接平面２５Ｆ（図５参照）よりも外側に位置する任意の形状とすることが可能であり、例えば、図８に示すように、曲面２９の形態を、楕円３１に接する階段状に形成することも可能である。すなわち、曲面２９に相当する側面部分は設計変更等により種々の形態とすることが可能なものである。

パンチとダイによるワークの折曲げ加工を行う場合の作用説明図である。パンチとダイによるワークの折曲げ加工時におけるワークの挙動を示す説明図である。パンチとダイによるワークの折曲げ加工時における曲げ角度と加圧力との関係を示す説明図である。ワークのスプリングバック，スプリングインの説明図である。本発明の実施形態に係るダイの説明図である。本発明の第２の実施形態に係るダイの説明図である。本発明の第３の実施形態に係るダイの説明図である。本発明の第４の実施形態に係るダイの説明図である。

符号の説明

１，２１ダイ本体
３，２３Ｖ溝
５，１３，２５傾斜面（傾斜平面）
７，２７上面
１１パンチ
２９曲面

Claims

板状のワークの折曲げ加工を行うためのダイであって、上面とＶ字形状の加工溝とを備え、前記加工溝の底部付近の両側に備えた傾斜平面と前記上面とに接するように接続した曲面に対する最上部の接平面は前記上面と一致する平面であって、前記曲面に対する最下部の接平面は前記傾斜面と一致する平面であり、かつ前記曲面は、上部側の曲率半径よりも下部側の曲率半径が大きくなる凸曲面であることを特徴とするダイ。
請求項１に記載のダイにおいて、前記加工溝の最上部の幅寸法をＡとし、前記傾斜平面の上部間隔寸法をＢとしたとき、約２≦Ａ／Ｂ≦４であることを特徴とするダイ。