JP6167027B2 - 押出形材のロール曲げ装置 - Google Patents

Description

本発明は押出形材のロール曲げ装置に関する。

ロール曲げ加工は３本のロール又は４本のロール等のロール間に材料を通過させる際に、この材料に曲げ応力を加える加工方法である。
このような曲げ加工においては製品の形状を確保するために曲げ応力に対するスプリングバック量の調整、残留応力の抑制等が問題になる。
また、押出形材等の２次元断面形状を有する材料を曲げ加工する場合には断面形状の変形、座屈等も問題になる。
特許文献１には、ピンチロールにて送り出された板材の送り量に応じて成形ロールが付与する曲げ応力を変化させる際に、スプリングバック量を差し引くために板材の材料物性値を用いて弾塑性シミュレーションを行う技術を開示する。
しかし、同公報に開示する技術は材料物性値のバラツキが充分には考慮されていない問題があり、また、複雑な計算を実行するための装置が必要である。
特許文献２には、材料に負荷される曲げ応力を段階的に分散させるためにらせん状に曲げ加工する技術を開示する。
しかし、これでは曲げ装置が大型化しコストアップになる。
特許文献３には押出形材のフランジ長さを予め調整することで中立軸を調整し、残留応力を抑える技術を開示する。
しかし、同技術では押出形材の断面形状に制限がある。

特開２０１１−０６２７３８号公報 特開２００４−０９８０９８号公報 特開２０１０−０４６６８５号公報

本発明はアルミニウム押出形材の押出機とロール曲げ装置を連動させることで、残留応力が小さく、曲げ精度が高いロール曲げ装置の提供を目的とする。

本発明に係る押出形材のロール曲げ装置は、押出機から押し出される押出形材を送り出すためのガイドロールと、前記ガイドロールにて送り出された押出形材を曲げ加工する曲げロールとを備え、前記曲げロールによる押出形材の送り速度Ａ２が前記ガイドロールによる押出形材の送り速度Ａ１よりも大きくなるように設定されていることで、曲げロールとガイドロールとの間に位置する押出形材に引張応力が付加されるものであることを特徴とする。
本発明はロール曲げ装置を押出機に連動させることで押出成形時の加工熱を有効利用した点に特徴がある。
従って、ロール曲げ時の押出形材の温度が３２０℃以上になるように押出機の前方に前記曲げロールを配置するのが好ましい。
より好ましくはロール曲げ時の押出形材の温度を３５０℃以上に確保するのがよい。
この温度にて曲げ応力を負荷すると、材料に与えられた転位が回復し、残留応力の発生が低減する。

本発明において、曲げロールは押出形材をロール間で挟み込み、この押出形材を送り出す際に曲げ応力を負荷調整できるものであり、その構造にはこれまで提案されている各種ロール構成を採用することができる。
例えば３点ロール式の場合には、２つの第１支持ロール，第２支持ロールを所定の間隔を隔てて配置し、これに対して１つの加圧ロールを各軸心が略三角形になるように配置する。
このように配置すると押出形材の一の側面を２つの第１，第２支持ロールで受けながら他の側面から加圧ロールにて曲げ応力を負荷しながら押出形材を送り出すことで曲げ加工される。
加圧ロールは押出形材に加える曲げ応力を可変できるように支持ロール側に向けて近接、離間可動制御される。
押出形材を送り出す駆動機構は支持ロールに備えている。
また、加圧ロールに駆動機構を備えてもよい。
本発明にてガイドロールは、一対のロールで押出形材を挟み込み、曲げロールに向けて押出形材を送り出すものである。
この際に曲げロールの送り速度Ａ２をガイドロールの送り速度Ａ１より大きくしたことにより、曲げロールとガイドロールとで押出形材に引張応力が作用するようにした点に特徴がある。
例えば、前記曲げロールの送り速度Ａ２とガイドロールによる送り速度Ａ１との関係がＡ２≧１．０５×Ａ１であるように設定するのがよい。

本発明はロール曲げ装置を押出機に連動させ、押出形材の温度が３２０℃以上、好ましくは３５０℃以上にてロール曲げを行うので曲げ加工後の残留応力が小さく、後工程で、例えばＴ６処理等の熱処理をした場合にも製品の変形が非常に小さくなり、曲げ精度が高い。
また、３２０℃以上の押出形材であっても曲げロールの送り速度Ａ２をガイドロールの送り速度Ａ１より大きくしたことにより、押出形材にテンション力が加わり断面座屈の発生を抑えることができる。
アルミニウム合金、例えば７０００系アルミニウム合金を用いた押出形材は自然時効により材料特性に変化が生じるものもあるが本発明は熱間にてロール曲げするので、このような材料特性のバラツキも小さい。

本発明に係るロール曲げ装置の構成例を示す。 曲げ材料の評価結果を示す。 試験評価に用いた押出形材の断面例を示す。

本発明に係るロール曲げ装置及び、それを用いたロール曲げ方法について以下説明するが本発明は本実施例に限定されない。

図１にロール曲げ装置の構成例を示す。
図１では押出機１及び押出ダイス２を模式的に示し、この押出ダイス２から押し出された押出形材は一対のガイドローラ１４ａ，１４ｂからなるガイドロール１４にて所定の送り速度Ａ１（ｍｍ／ｓｅｃ）にて曲げロールに向けて送り出される。
なお、ガイドロール１４による送り速度は、押出形材が押出成形される押出速度を考慮しながら設定され、必要に応じて押出ダイスの前方に一対の補助ロール１５を設けてもよい。

曲げロールでは第１支持ロール１１及び第２支持ロール１２にて押出形材２０を回転駆動支持し、反対側から加圧ロール１３にて曲げ応力を負荷する例になっている。
曲げロールによる押出形材の送り速度Ａ２はガイドロール１４による送り速度Ａ１より大きくなるように設定されている。
これにより、曲げロール（１１〜１３）とガイドロール１４との間に位置する押出形材２０にはテンション力（引張力）Ｆｔが生じる。

次に、図３に示した略Ｈ字形状の断面形状からなる押出形材２０の中央の縦壁をロールで挟み込み、曲げ加工を実施し、曲げ加工製品２０ａを製作し評価した。
その押出条件及び評価結果を図２の表に示す。
表中、形材温度とは押出形材のロール曲げ時の温度を示す。
残留応力は曲げ加工後に、材料表面に歪みゲージを貼り付け切断した際に、解放された歪みを測定し、残留応力値（ＭＰａ）に換算したものであり、２０ＭＰａ以下を目標とした。
残留応力が大きいと曲げ加工後に孔明け加工等を行うと応力が解放し、製品形状が変化する恐れがあることから残留応力値をこのように２０ＭＰａ以下と厳しい目標に設定した。
引張応力（ＭＰａ）はガイドロールの送り速度と曲げロールの送り速度を表のように設定し、冷えた押出形材を冷間で曲げ加工したときに歪みゲージを貼り付けて測定した見かけの応力価値である。

表中の実施例１〜５は曲げロールの送り速度Ａ２（ｍｍ／ｓｅｃ）とガイドロールの送り速度Ａ１（ｍｍ／ｓｅｃ）の比Ａ２／Ａ１をそれぞれ、１．１５，１．１１，１．０９，１．０９，１．０７と１．０５以上に設定したので押出形材に座屈が発生することなく正常に曲げ加工できた。
また、押出材の形材温度が３２０℃以上あったので、曲げ加工後の残留応力が２０ＭＰａ以下で良好であった。
これに対して比較例１は、形材温度が２５０℃と３２０℃より低く、Ａ２／Ａ１＝１．００であったために断面形状に座屈が発生した。
比較例２，３は形材温度が３２０℃以上なので残留応力は小さいものの、Ａ２／Ａ１＝１．００なので断面形状に座屈が発生した。
比較例４はＡ２／Ａ１＝１．２３なので座屈は発生しなかったが形材温度が２５０℃と低いために残留応力が３５ＭＰａと２０ＭＰａを超えていた。

１ 押出機
２ 押出ダイス
１０ ロール曲げ装置
１１ 第１支持ロール
１２ 第２支持ロール
１３ 加圧ロール
１４ ガイドロール
１５ 補助ロール
Ａ１ ガイドロールの送り速度
Ａ２ 曲げロールの送り速度

Claims (3)

1. 押出形材のロール曲げ装置であって、
   押出機から押し出される押出形材を送り出すためのガイドロールと、
   前記ガイドロールにて送り出された押出形材を曲げ加工する曲げロールとを備え、
   前記曲げロールによる押出形材の送り速度Ａ２が前記ガイドロールによる押出形材の送り速度Ａ１よりも大きくなるように設定されていることで、曲げロールとガイドロールとの間に位置する押出形材に引張応力が付加されるものであることを特徴とする押出形材のロール曲げ装置。
2. ロール曲げ時の押出形材の温度が３２０℃以上になるように押出機の前方に前記曲げロールを配置したことを特徴とする請求項１記載の押出形材のロール曲げ装置。
3. 前記曲げロールの送り速度Ａ２とガイドロールによる送り速度Ａ１との関係がＡ２≧１．０５×Ａ１であることを特徴とする請求項１記載の押出形材のロール曲げ装置。

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