JP6103741B2 - 金型及び折り曲げ加工方法 - Google Patents
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Description
曲げ加工は、下型に載せたワークに対して上方より上型で押圧し、ワークを溝の中に押し込みながら屈曲させていくのが一般的であるが、屈曲時にワークの下面が溝の両肩部に接触した状態で下方に滑りながら移動するため、ワークの下面に滑りによる傷(以下、「滑り傷」という。)が生じてしまい、ワークの外観を著しく損ねるという問題がある。
特許文献1〜4の発明はいずれも、左右一対の板材がワークの下面に密着した状態でワークと共に屈曲する構造になっており、ワークの下面が溝の肩部に接触しないことから滑り傷の発生を防止できる。
また、特許文献5の発明は、下型の表面を被覆材で覆い、ワークと下型の間に被覆材を介在させて、ワーク下面が溝の肩部に直接接触しない構造にすることで滑り傷の発生を防止している。また、予めワークの下面に保護シールを貼り付けておき、折り曲げ加工終了後に当該シールを剥がすというアイディアも知られている。
また、特許文献7及び8の発明は、溝の傾斜面を上方に膨らんだ凸型の曲面にすることで肩部を無くし、屈曲時にワークの下面が傾斜面の表面に接触した状態でなめらかに回転移動する構造にすることで滑り傷を防止している。
すなわち、特許文献1〜4の発明のように左右一対の板材を用いる場合には、金型の部品点数が増え、製造コストが増加するという問題や、板材を保持・移動させるための機構が別途必要になり、金型の構造が複雑化したり大型化するという問題があった。
また、特許文献5の発明のように被覆材を用いたり、ワークに予め保護シールを張り付ける場合は、加工後に被覆材や保護シールを廃棄するためのコストが嵩むという問題や、産業廃棄物として処理する場合には環境保護の観点から好ましくないという問題があった。また、保護シールを剥がす作業に手間がかかるという問題もあった。
また、特許文献7及び8の発明であっても、上型の先端箇所の形状、下型の溝の傾斜面の曲率、ワークの板厚等の条件によってはワークの上下両面に僅かな窪み(圧痕)が生じるという問題があった。なお、溝の左右の傾斜面を上方に膨らんだ凸型の曲面にして肩部を無くした場合にワークの上下両面に僅かな窪みが発生する現象について、これを問題点として捉え、解消するような発明は未だなされていないのが現状である。
また、曲げ加工において、ワークの屈曲箇所では中立軸の内側には圧縮応力、外側には引張応力が作用するため、ワークの内面側は縮む方向、外面側は伸びる方向に歪が生じる。したがって、ワークの屈曲箇所近傍に開口を設ける必要がある場合に、曲げ加工前に開口を設けておくと、曲げ加工後に上記応力の影響により開口が変形してしまうという問題がある。また、曲げ加工後に開口を設けることは、ワークを治具で正確に固定することが難しい等の理由によって作業性を低下させる要因になっていた。
また、上型がワークの上面に接触する上型接触箇所と、下型がワークの下面に接触する下型接触箇所とが、折り曲げ加工開始から終了までの間にワークを挟んで対向する位置関係にならないようにすることを特徴とする。
また、折り曲げ加工開始から終了までの間に上型下端の曲率半径の中心点と、上型がワークの上面に接触する上型接触箇所と、下型がワークの下面に接触する下型接触箇所と、前記上方に膨らんだ曲線の曲率半径の中心点とが、同一直線上に並ばないように加工することにより、上型からワークへの圧力の作用方向と、下型からワークへの圧力(反力)の作用方向とが同一直線上で対向する状態になることを防ぎ、ワークの上下両面に窪み(圧痕)が生じる事態を防止できる。
本発明では、ワーク40の曲げが進行するにつれて、左右2つの下型接触箇所Clが上型接触箇所Cuに近づくように移動していく(図4(b)及び(c)参照)。これは、左右2つの下型接触箇所Clで挟まれる部分の長さが次第に短くなっていく、換言すると、上記圧縮・引張応力が作用する部分が次第に少なくなっていくことを意味する。
従来の直線のV字状の溝を持つ下型の場合、ワークの支点は溝の両肩部になり、ワークはこれら両肩部に接触したまま屈曲していく、つまり両支点間の距離が変化しないので、曲げ加工中のワークには両肩部で挟まれた長い部分に圧縮・引張応力が作用し続けることになる。したがって、当該部分の歪量が大きくなり、特に屈曲箇所近傍に開口を備える場合には、当該開口に大きな変形が生じることになる。
一方、本発明では上述の通り両支点(下型接触箇所Cl)間の距離が次第に短くなっていくので、曲げ加工開始直後には両支点の間に挟まれていた箇所A(図4(a)参照)が、曲げ加工が進行するにつれて支点よりも外側(ワークの端部側)に位置することになる(図4(b)及び(c)参照)。つまり、曲げ加工中において当該箇所Aに実際に圧縮・引張応力が作用している時間が、従来の直線のV字状の溝を持つ下型を用いる場合と比較して短くなるため、その分だけ歪量も少なくなり、結果として開口の変形量を目視レベルでほぼゼロまで抑えることができる。
また、上型接触箇所と下型接触箇所とが折り曲げ加工開始から終了までの間にワークを挟んで対向する位置関係にならないように金型を設計した場合も同様にワークの上下両面に窪み(圧痕)が生じる事態を防止できる。
本発明の折り曲げ加工方法の第1の実施の形態について説明する。
図2に示すように、上型20の下端の曲率半径をRu、曲率半径の中心点をOu、上型20の下端とワーク40上面との接触箇所(上型接触箇所)をCuと表記する。また、理解を容易にするために、図1以外の図面には上型20の下端の曲線21を含む円を描くことにする。
具体的には左右方向に沿った縦断面形状を見た場合に、当該溝31が中心線50を挟んで左右に拡がる傾斜面32で構成されており、各傾斜面32は上方に膨らんだ曲線になっている。
図2に示すように、傾斜面32の曲率半径をRl、曲率半径の中心点をOlとし、下型30とワーク40の下面との接触箇所(下型接触箇所)をClと表記する。なお、以下の説明では上型20、ワーク40及び下型30の左側箇所を参照することにする。
図3は折り曲げ加工の工程の一例を時系列で表したものであり、(a)は上方から降下する上型20の下端がワーク40上面に接触した状態、(b)は上型20が更に降下し、水平面に対するワーク40の傾斜角が15°(ワーク40の屈曲角度150°)の状態、(c)は同じく45°(ワーク40の屈曲角度90°)の状態を示す。ワーク40が90°に屈曲した状態では、上型20の左右の直線22がワーク40の上面に接触した状態になる。
図3(b)に示すように、線Lu及び線Llが水平面と成す角度α(0≦α≦90°)は一致することになり、両者は平行関係にある。また、ワーク40が水平面と成す角度をβ(0≦β≦90°)とした場合、α=90°−βの関係が成立する。
また、線Luの矢印の向きは上型20からワーク40への圧力の作用方向を示しており、線Llの矢印の向きは下型30からワーク40への圧力(反力)の作用方向を示している。
上型20がワーク40上面に接触した状態(図3(a)参照)では上型接触箇所Cuと下型接触箇所Clとは十分離れているが、ワーク40が屈曲していくにしたがって(図3(b)参照)、上型接触箇所Cuはワーク40の上面を溝31の中心線50から離れる方向に移動していく。
そして、ワーク40が90°に屈曲して加工が完了した状態(図3(c)参照)では線Luと線Llとが一致している。すなわち、中心点Ouと、上型接触箇所Cuと、下型接触箇所Clと、中心点Olとが、折り曲げ加工終了時点で同一直線上に並んだ状態となっている。
この場合、上型20からワーク40への圧力の作用方向と、下型30からワーク40への圧力(反力)の作用方向とが同一直線上で対向する状態になるため、ワーク40はこれら2つの力によってその上下から押し潰されることになり、ワーク40の上下両面に僅かな窪み(圧痕)が生じてしまう。
この場合、折り曲げ加工開始(図4(a)参照)から加工中(図4(b)参照)及び終了時(図4(c)参照)の間で、線Luと線Llとが常に離れた状態を維持しており、中心点Ouと、上型接触箇所Cuと、下型接触箇所Clと、中心点Olとが折り曲げ加工開始から終了までの間に同一直線上に並ばないので、上述したような窪みは生じない。
この場合、図5(c)に示すように、水平面に対するワーク40の傾斜角が42.5°になった時点(ワーク40の屈曲角度95°)で線Luと線Llとが一致している。すなわち、中心点Ouと、上型接触箇所Cuと、下型接触箇所Clと、中心点Olとが同一直線上に並んだ状態となる。したがって、ワーク40はその上下から押し潰されることになり、ワーク40の上下両面に僅かな窪み(圧痕)が生じてしまう。
なお、図5(d)に示すワーク40の屈曲角度90°の状態では、線Luと線Llの矢印の向きから、ワーク40を開く側(屈曲角度を大きくする側)に力が作用していることが分かる。
Rl=21/2 ×Rl−Ru−t(式1)
Rl=(Ru+t)/(21/2−1)
≒(5.0+2.0)/(1.414−1)
≒16.9(mm)
一般的には上型20の方が高価且つ製造に手間がかかるため、上型20の形状を変更せずに、上記式1にしたがって曲率半径Rlを調節した下型30を製造するのが好ましいが、場合によっては上型20の形状を変更してもよい。上型20の形状を変更する場合には、上記式1にしたがって算出した上型20の下端の曲率半径Ruよりも小さい曲率半径にすることで折り曲げ加工中に中心点Ou、上型接触箇所Cu、下型接触箇所Cl、中心点Olが同一直線上に並ぶことを防止できる。
次に、本発明の折り曲げ加工方法の第2の実施の形態について説明するが、上記第1の実施の形態と同様の箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態は、上型接触箇所Cuと下型接触箇所Clとが、折り曲げ加工開始から終了までの間にワーク40を挟んで対向する位置関係にならないようにする点に特徴を有する。
上型接触箇所Cuと下型接触箇所Clとがワーク40を挟んで対向する位置関係になった場合、上型20からワーク40への圧力の作用方向と、下型30からワーク40への圧力(反力)の作用方向とが対向する状態になるため、ワーク40はその上下から押し潰されることになり、ワーク40の上下両面に僅かな窪み(圧痕)が生じてしまう。
したがって、上型接触箇所Cuと下型接触箇所Clとが、折り曲げ加工開始から終了までの間にワーク40を挟んで対向する位置関係にならないようにすることで、ワーク40の上下両面に窪みが生じることを防止できる。
また、折り曲げ加工の完了時点をワーク40の屈曲角度が90°になった状態として説明したが、必ずしも90°である必要はなく、90°未満の時点や90°以上の時点を折り曲げ加工完了としてもよい。
また、下型30に関して、図7(a)に示すように、両傾斜面32の下端を滑らかに繋ぐ形状であってもよい。また、図7(b)に示すように、左右の傾斜面32の間隔を左右方向に離してもよい。つまり、左右の傾斜面32の曲率半径の中心点Olの間隔を、曲率半径Rlの2倍以上に離して、両傾斜面32の下端を滑らかに繋ぐ形状にしてもよい。左右の中心点Olの間隔を離すことで溝31の深さを深くすることができるので、ワーク40の水平面に対する傾斜角が45°以上(ワーク40の屈曲角度90°以下)であっても加工が可能となる。また、左右の中心点Olの間隔を離すことは、線Llと線Luの間隔を離すことに繋がり、これは中心点Ou、上型接触箇所Cu、下型接触箇所Cl及び中心点Olを同一直線上に並び辛くすることになるため、ワーク40の上下両面に窪み(圧痕)を生じさせにくくすることができる。
また、上記実施の形態ではワーク40をいわゆる「V曲げ」加工する場合について説明したが、当然「L曲げ」、「Z曲げ」、「コの字曲げ」等、従来の折り曲げ加工用装置で対応可能な曲げ方全般に本発明の金型を適用できる。
また、上記実施の形態では例えば図3(c)や図5(c)、(d)のように、上型20下端とワーク40上面との間に隙間が生じているように作図しているが、これは上型接触箇所Cu及び下型接触箇所Clを図面上で目視により確認し易くするための措置であり、実際の折り曲げ加工においては、図7(c)に示すようにワーク40は上型20下端の曲率に沿って屈曲するケースがほとんどである。
図8の上の写真は保護シート無しで折り曲げ加工した場合、下の写真はワークの下面に保護シートを貼り付けた状態で加工した場合を示す。いずれも滑り傷及び窪みが生じていないことが分かる。
一方、図9は従来の直線のV字状の溝を持つ下型を用いて実際に折り曲げ加工を行った際の写真である。
図9の上の写真は保護シート無しで折り曲げ加工した場合、下の写真はワークの下面に保護シートを貼り付けた状態で加工した場合を示す。いずれも屈曲箇所近傍に滑り傷が生じていることが分かる。また、図では判別し辛いが僅かな窪みも生じている。
以上の通り、本発明の金型によればワーク表面への滑り傷及び僅かな窪みの発生を防止できることが確認できた。
開口のすぐ下側に折り曲げ加工を施したところ、開口の変形はほとんど見られなかった。
一方、図11(a)及び(b)は従来の直線のV字状の溝を持つ下型を用いて、楕円型の開口を設けたワークに対して実際に折り曲げ加工を行った際の写真である。
開口のすぐ下側に折り曲げ加工を施したところ、開口の下部に大きな変形が見られた。
以上の通り、本発明の金型によれば開口の変形を大幅に抑制できることが確認できた。
Cl 下型接触箇所
Ou 上型下端の曲率半径の中心点
Ol 傾斜面の曲率半径の中心点
Ru 上型下端の曲率半径
Rl 傾斜面の曲率半径
10 金型
20 上型
21 曲線
22 直線
30 下型
31 溝
32 傾斜面
40 ワーク
50 中心線
Claims (3)
- 平板状のワークの下面を下型に載せた状態で当該ワークの上面を上型で押圧することで、ワークを下型の溝の中に押し込みながら折り曲げ加工する金型であって、
前記上型の下端の左右方向に沿った縦断面形状が下方に膨らんだ曲線で構成されており、
前記下型表面の左右方向に沿った縦断面形状が、前記溝の中心線の左右に位置する二本の水平線と、当該各水平線の前記中心線側の端部から滑らかに連続して一定の曲率半径のままで前記溝の中心線に向かって下降していく二本の上方に膨らんだ曲線と、当該各上方に膨らんだ曲線の前記中心線側の端部から滑らかに連続して前記溝の中心線に向かって下降していき当該中心線で左右から滑らかに繋がる一本の下方に膨らんだ曲線とによって前記水平線以外に直線が存在しないように構成されていることを特徴とする金型。 - 請求項1に記載の金型を用いた折り曲げ加工方法において、
前記上型の下端の曲率半径の中心点と、上型がワークの上面に接触する上型接触箇所と、下型がワークの下面に接触する下型接触箇所と、前記上方に膨らんだ曲線の曲率半径の中心点とが、折り曲げ加工開始から終了までの間に同一直線上に並ばないようにすることを特徴とする折り曲げ加工方法。 - 請求項1に記載の金型を用いた折り曲げ加工方法において、
上型がワークの上面に接触する上型接触箇所と、下型がワークの下面に接触する下型接触箇所とが、折り曲げ加工開始から終了までの間にワークを挟んで対向する位置関係にならないようにすることを特徴とする折り曲げ加工方法。
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