JPH08187513A - アルミニウム板のｖ曲げ加工法及びその工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｖ曲げ限界に優れ、スプリングバックと鞍反
りの発生の少ない形状性に優れたアルミニウム板のＶ曲
げ加工方法を提供すること。 【構成】 ポンチとダイスによりアルミニウム板をＶ曲
げ加工する方法において、アルミニウム板の温度を１５
０〜３５０℃とし、かつポンチとしてその先端部に凸形
状の段差部を設け、その段差部の高さをアルミニウム板
の板厚０．５〜１０％、長さを板厚の１〜３倍又はＶ曲
げ先端の板のＲ部周長の１〜３倍としたポンチを使用す
ることからなるアルミニウム板のＶ曲げ加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車部品、建材、
家電品、その他一般用途のアルミニウム板のＶ曲げ加工
方法及びそれに使用する工具に関し、特に合金系材料及
び厚板材の曲げ限界の向上と曲げ加工の際発生するスプ
リングバック及び鞍反り等の形状性の問題を解決するよ
うにした、Ｖ曲げ加工方法及びそれに使用する工具に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミニウム板のＶ曲げ成形は、
室温（０〜３５℃）で、プレスにＶポンチとＶダイスを
取り付けた、曲げ用金型又はシャーベンダー等にＶポン
チとＶダイスを取り付けた曲げ用金型を用いて、このＶ
ポンチとＶダイスの間にアルミニウム板を挟み、Ｖダイ
スへＶポンチを押し込むことによりアルミニウム板を曲
げ加工していた。また文献には加熱下でＶ曲げ加工する
方法も記載されているが、実際には殆ど行なわれていな
い。このＶ曲げ加工方法を図４に示す。図において１は
Ｖ字形状のポンチ、２はＶ字形状のダイスである。曲げ
加工しようとするアルミニウム板３をポンチとダイスの
間に配置し（図４（１））、ポンチをダイスのＶ字形状
部に押し込んでアルミニウム板をＶ曲げ成形にする（図
４（２））。

【０００３】得られた曲げ加工品はそれ単体か別の部品
と溶接、接着、嵌合又はボルト締め等によって組み合わ
されて使用されるが、曲げ後のスプリングバック、鞍反
り等の形状性が悪いとねじれたり目的の形状が得られな
かったり、さらには形状があまり悪いと組立てができな
いという問題が生じる。このため曲げ成形品の高い精度
が求められている。スプリングバックは図５に示すよう
に成形品３１のＶ字形が広がるように起る場合（＋）と
狭くなるように起る場合（−）がある。また鞍反りは図
６に示すように成形品の端部が盛り上がる現象で、図６
のｈによりその度合が現される。そこで、一般には曲げ
加工時に発生するスプリングバック対策として、金型の
設計の際に前もってスプリングバック量を金型に見込ん
で目的の曲げ角度が得られるように設計する方法がとら
れている。また、スプリングバックの軽減方法として先
端部分に丸い突起を設けたポンチを用いて曲げ加工と同
時に先端部分の板厚を減少させる底突き法が用いられる
場合もある。（「アルミニウム加工技術便覧」（日刊工
業新聞社 昭和４５年３月５日発行））この底突きポン
チを図７（１）に示す。図７（２）は先端部の拡大図で
１４が突起である。これを用いて曲げ加工した成形品を
図８に示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｖ曲げの際発生するス
プリングバックは板材の強度、特に耐力に左右され、ア
ルミニウム合金の種類や板厚等により変化するため、合
金の種類や板厚が変化した際にはスプリングバック量の
コントロールができにくい。また、高強度の材料程、曲
げＲ（アール）を大きくしないと割れが生じ易く、強度
の高い材料はシャープな曲げ形状が得られにくいという
欠点があった。さらに、鞍反りに対してもＶ曲げと同時
に抑制できにくいという問題があった。金型の設計の際
に前もってスプリングバック量を金型に見込んでおく従
来の方法ではアルミニウム板は鋼板等に較べスプリング
バック量が２〜３倍、あるいはそれ以上と大きく、合金
の種類を変更したり、強度（耐力）の異なる材料に適用
した場合には目的の曲げ角度が得られ難く、金型の設計
での見込みが難しいという問題があった。

【０００５】また、底突き法は曲げ角度に対して戻り量
が大きい（スプリングバックがプラス）場合の軽減方法
として有効であるが、底突き量が少な過ぎる場合には効
果が不十分となり易く、多過ぎると逆に目的の曲げ角度
よりも内側に曲げすぎる（図５のスプリングバックがマ
イナス）という問題があり、底突き法だけではスプリン
グバック量をコントロールするのは難しいばかりでな
く、底突き法では曲げ先端部分で張出しが局部的に強く
なるために破断が起り易くなり、曲げ限界が低下するた
めに曲げ性の劣る合金系材料には適用できないという問
題があり、さらに曲げ成形品の先端部外側が膨れ（図８
の３４）、形状が崩れると共に型あたりによる筋状の打
痕（同３３）や光沢むら（同３２）が付く等外観上好ま
しくない等の問題があった。この発明は以上の事情を背
景としてなされたもので、Ｖ曲げ限界に優れ、スプリン
グバックと鞍反りの発生が少ない形状性に優れた曲げ成
形品を得ることが可能なアルミニウム（合金を含む）板
のＶ曲げ加工方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は前述の課題
を解決するべく、創意実験、検討を重ねた結果、Ｖ曲げ
加工方法において、Ｖ曲げ金型のポンチとして先端部が
特定形状のポンチを用い、アルミニウム板を加熱した状
態でＶ曲げ加工し、ポンチ先端部とダイスに挟まれた部
分の板厚減少率を所定値にコントロールすることによっ
て、Ｖ曲げ限界の向上と曲げ後のスプリングバック及び
鞍反り量を従来の加工方法よりも大幅に減少させ得るこ
とを見いだし、この発明を成すに至った。即ち、本発明
は相対するＶ字形状のポンチとＶ字形状のダイスとの間
にアルミニウム板を挟み、ポンチをダイス内に押し込む
ことによるアルミニウム板のＶ曲げ加工法において、ア
ルミニウム板を１５０〜３５０℃に加熱し、かつポンチ
の先端部に凸形状の段差部１３を設け、該段差部の高さ
ａをアルミニウム板の板厚の０．５〜１０％、長さｂを
板厚の１〜３倍又はＶ曲げ先端の板のＲ部の周長の１〜
３倍としたことを特徴とするアルミニウム板のＶ曲げ加
工法である。

【０００７】この場合アルミニウム板の加熱はポンチと
ダイスの少なくとも一方に加熱装置が内蔵され、アルミ
ニウム板をポンチとダイスの間に挟んで保持し、上記温
度にすることが好ましい。Ｖ曲げ加工に用いられる本発
明の工具の一つはＶ字形状のポンチとＶ字形状のダイス
とからなり、該ポンチが中央部と両外側部に分割され、
該中央部が外側部に対し上下に可動し、ポンチの先端部
に凸形状の段差部形成を可能としたアルミニウム板のＶ
曲げ加工用工具である。そして凸形状の段差部は上記し
た高さａ及び長さｂと同じくすることができる。

【０００８】以下本発明のアルミニウム板のＶ曲げ加工
条件、その限定理由等について詳しく説明する。曲げ限
界は一般に、被加工材の伸びが大きい材料程良く、純ア
ルミニウム以外の合金系材料は何れも曲げ限界が大きく
劣り、特に被加工材の板厚が増す程Ｒがゼロのようなシ
ャープな曲げ形状は得られ難い。この場合曲げ加工する
際に例えば加熱した金型によりアルミニウム板を所定の
温度に加熱保持した後にＶ曲げ加工することはシャープ
な曲げ形状にする上でも有効である。即ち、金型内で板
材を高温に加熱することにより、材料の強度が低くなる
と共に伸びが向上し、軟らかくなった状態でＶ曲げ加工
すれば曲げ限界が向上し、強度の高い合金板材でも割れ
等の欠陥が生ぜず曲げが可能となり、よりシャープな曲
げ形状を得ることができる。

【０００９】本発明において加熱する温度範囲を限定す
るのは、アルミニウム材料は純アルミニウム系、合金系
にかかわらず加熱温度によって特性値が変化して温度が
高くなる程引張強さと耐力が低下すると共に伸びは増加
し材料が軟化して曲げ加工がし易くなる特性があるが、
温度が１５０℃未満では室温とあまり伸びが変化せず、
Ｖ曲げ限界が向上せず、曲げ加工の際に割れが発生した
り、スプリングバック、鞍反り量の変化に対しても効果
がない。また、アルミニウム板の温度を３５０℃より高
くしても曲げ限界、スプリングバック、鞍反り等の曲げ
特性がそれ以上向上せず、逆に金型温度を高くするため
の大容量の加熱装置が必要になり金型費が高くなると共
に、高温のためにハンドリングがしにくくなったり、被
加工材及び金型にカジリが発生し易く、このカジリを防
止するために潤滑剤を使用した場合、曲げ加工後の脱脂
が困難になる等の問題が生じる。従ってアルミニウム板
の曲げ加工の温度は１５０〜３５０℃が適し、望ましく
は２００〜３００℃である。

【００１０】金型の加熱方法としてはポンチ、ダイス等
の金型に棒状電気ヒーターを組み込むか、加熱された液
体を金型に通し加熱する方法、またはバーナー等で直に
金型を加熱しても良いが、金型の温度のコントロールの
できる装置を組み込んだものが好ましい。尚、本発明の
Ｖ曲げ加工方法はアルミニウム材料であれば何れの合金
にも適用できるが、特に５０００系のＡＬ−Ｍｇ系合金
の軟質材に対して効果が大きい。また、Ｈ１８テンパー
材等に対しても適用できる。加熱されることにより被加
工材のアルミニウム板が軟らかくなるため、曲げ加工に
要する押し付け力が小さくて済み、室温に較べ現有設備
でより厚板の曲げ加工も可能となり、曲げ加工の適用板
厚範囲が拡大する等の効果もある。

【００１１】被加工材であるアルミニウム板の加熱の保
持時間としては、曲げ加工時の被加工材の加熱温度を安
定させるためにアルミニウム板をポンチとダイスの間に
挟んで、加熱する際には保持時間が足らないと被加工材
の温度が金型の設定温度に到達しない恐れがるため、金
型内で３０秒以上保持した後曲げ加工するのが望まし
い。Ｈ１８テンパー材の曲げ加工は材料の回復が十分行
われる２５０℃以上の温度で、かつ成形速度として１０
０ｍｍ／ｍｉｎ以下で曲げ加工するのが望ましい。この
条件を外れて被加工材料の温度が低かったり、加工速度
が早すぎる場合は効果が減少し曲げ限界が向上しない恐
れがある。

【００１２】本発明のＶ曲げ加工に使用されるポンチは
図１，２に示するように先端部が凸形状の段差部１３と
なっている。この段差の高さａは曲げ加工するアルミニ
ウム板の板厚の０．５〜１０％である。このポンチを用
いてＶ曲げ加工を行なうと段差に相当する部分のアルミ
ニウム板は板厚が０．５〜１０％減少することになる。
従ってａは板厚減少率と同じである。この板厚減少率が
０．５％未満ではアルミニウム板の温度が１５０〜３５
０℃の範囲に加熱されていれば曲げ限界が向上するもの
のスプリングバック及び鞍反りが室温と変わらず抑制に
対しての効果が不十分である。また、板厚減少率が１０
％を超えると曲げ限界の向上、スプリングバック、鞍反
りの抑制に対して十分な効果が得られるものの、板厚減
少に伴って曲げ方向や幅方向に材料がはみ出す等の問題
が生じ、目的とする形状が得られない恐れがある。従っ
て板厚減少率、換言すればａの範囲は板厚の０．５〜１
０％が適当である。

【００１３】ポンチの凸形状の段差部は図１，２に示す
ようにポンチの先端から両側に対称に設けられ、その片
側の長さｂは被加工材であるアルミニウム板の板厚の１
〜３倍又は板の曲げ先端のＲ部分の周長の１〜３倍であ
る。このＲ部分の周長は板が厚くなる程長くなる。段差
部の長さｂを板厚又は前記周長の１〜３倍とするのは、
スプリングバック、鞍反りの防止と共に曲げの圧縮変形
に伴う、内側への盛り上がりを防止し、別部品と溶接、
接着、嵌合等の組み合わせする際の精度を向上させる等
のためである。しかし１倍未満では底突き法と同じで曲
げ先端部分が局部的なはみ出しにより張出しが強くなる
ために破断が起り易くなったり、はみ出しにより形状が
崩れると共に、型あたりによる筋状の打痕が付く等外観
上好ましくない等の問題が生じる。さらに３倍を超える
と逆に別部品との組み合わせする際、すき間ができ易い
等の問題が生じる。従って、凸形状の段差部の長さは被
加工材の板厚の１〜３倍又は曲げＲ部分の周長の１〜３
倍が適する。

【００１４】本発明において使用されるポンチは図２に
示すように凸形状の段差部とポンチが一体に構成されて
も良いが、図１のように分割型とすることができる。図
１において１１はポンチの外側部、１２は中央部であ
る。そして中央部は外側部に対し上下に可動可能に構成
されている。この構成によれば段差部の高さａを被加工
材の材質や厚み等に応じて変動させることができる。
尚、図１においてダイス２、そのＶ字形状２１は従来の
ものと変りがない。これらのポンチとダイスが組み合わ
されて本発明のアルミニウム板のＶ曲げ加工用工具とな
る。

【００１５】この分割型ポンチの使用法方法は予め先端
部を所定の段差部に固定し、これを図２と同様に使用し
ても良く、また段差部を設けない状態でＶ曲げを開始
し、曲げ終了直前に所定の段差部になるよう中央部のポ
ンチを突出させることもできる。この曲げ終了直前に突
出させることにより外側先端部分へ板厚減少分の材料を
流動できるので曲げ外側形状がよりシャープなものが得
られる等の効果がある。

【００１６】

【実施例】試験片としては表１に示す３種のアルミニウ
ム合金を用いた。この試験片の常温及び温間特性を表２
に示す。

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】［実施例１〜３０、比較例１〜１７］曲げ
試験に供した試験片は幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、板
厚５ｍｍである。この試験片を用い、図１に示すダイス
及びポンチにより先端の凸形状の段差部のａ及びｂを表
３，４のように変化させてＶ曲げ試験を行なった。ポン
チ及びダイスのＶ字形状の角度は９０°、先端のＲはゼ
ロとした。Ｖ曲げ操作は先ず加熱されたＶ字形のダイス
上に試験片を載せた後、加熱されたポンチを接触させ、
わずかに曲げて挟んだ状態で試験片を加熱し、１分間保
持して試験片の温度を表３，４に示す温度とした。試験
片の各温度の制御は金型（ポンチ及びダイス）にヒータ
ーを組み込み、金型の温度を変えることにより行なっ
た。潤滑剤は石鹸水溶液にＭｏＳ₂ を混入させたものを
試験片に塗布し乾燥後使用した。試験片が所定の温度に
達したところで、図４（２）と同じようにポンチを押し
込み、Ｖ曲げを行なった。この時の成形速度は１００ｍ
ｍ／ｍｉｍである。Ｖ曲げ終了後、金型より取り出した
試験片の形状を図３に、試験結果を表３，４に示す。

【００１９】［比較例１８〜２９］図７に示す底突きポ
ンチを用い、他は実施例と同様にして試験片ＢのＶ曲げ
試験を行なった。試験の条件及び結果を表５に示す。表
における○，△，×による評価は以下に基づくものであ
る。曲げ性は割れの有無により評価した。 割れのなかったもの；○ 微細な割れがあるもの；△ 大きな割れがあるもの；× スプリングバックはポンチ、ダイスの角度９０°に対す
る曲げ成形品の開き角度を評価した。 ９０°±０．５°以内のもの；○ ±０．６以上のもの；× 鞍反りは幅方向の中央部分と両端の肩部分との段差（凹
量）ｈの大きさで評価した。 板厚の０〜７％以下を○ それ以上のものを×とした 型離れ、変形性は曲げ加工後、金型から成形品を取り出
す際の難易度を評価した。 型への付着なく簡単に取れ、曲りもない；○ 型へ付着し、取り出しの際成形品が変形する；× 外観は曲げ部分の表面の様子を目視により観察評価し
た。 割れ、はみ出し、打痕等が目立たなく奇麗なもの；○ 割れ、はみ出し、打痕等があり外観上好ましくないも
の；×

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】表３より明らかなように、本発明方法によ
る、Ｎｏ．１〜３０の曲げ条件では、何れも被加工材の
加熱温度が１５０〜３５０℃の範囲にあり、かつ凸形状
の段差部のａ，ｂも本発明の範囲内となっており、曲げ
限界、スプリングバック、鞍反り、型離れ変形等に優れ
ているのがわかる。これに較べ、表４の比較例に示した
Ｎｏ．１，４，８の条件のものは室温のため、曲げ限界
が劣ると共にスプリングバック、鞍反り等も劣ってい
る。比較例のＮｏ．２，６，９の条件のものは、いずれ
も被加工材の加熱温度は本発明範囲の１５０〜３５０℃
の範囲であるがポンチに凸形状段差がないため、スプリ
ングバック、鞍反り等が劣っている。比較例のＮｏ．
３，７，１０の条件のものは、被加工材の加熱温度は３
５０〜４００℃と高く、曲げ限界には優れるが段差ａの
値が１０％を超えるため、曲げ終了後、成形品が金型へ
密着し、取り出す際に変形し易い等の問題がある。比較
例のＮｏ．７，１１の条件では、被加工材の加熱温度が
４００℃と高いので曲げ限界に優れ、かつポンチに凸形
状の段差がないため、型離れ変形等には優れるがスプリ
ングバック、鞍反り性が劣っている。

【００２４】比較例１２，１４，１６のものは凸形状の
段差の長さｂの値が小さ過ぎるためスプリングバック、
鞍反り性が改善されず効果が不十分であり、また比較例
１３，１５，１７のものは段差の長さｂが大き過ぎるた
め型離れ変形等が劣っている。表５には底突き法の比較
例を示した。比較例１８，２２，２６は室温曲げのため
破断している。また比較例の２４，２７，２８は加熱し
ているにもかかわらず底突き量の増加により張出し量が
増えたため破断している。

【００２５】比較例の１９〜２１の条件では曲げ性は優
れているが底突き量が少ないためにスプリングバックが
改善されず劣っている。また比較例の２４，２５，２９
は曲げ性は優れているが底突き量が多いため、スプリン
グバックがマイナス側に大きくなり目標の曲げ角度が得
られない。さらに底突き量の多い比較例の２２〜２９の
条件では曲げ外側先端部がはみ出し外観上好ましくな
い。

【００２６】

【発明の効果】本発明のアルミニウム板のＶ曲げ加工方
法は、曲げ限界とスプリングバック、鞍反りに優れ、か
つ型離れ変形等の問題もなくアルミニウム板のＶ曲げ加
工方法として極めて優れた効果を有する。特にアルミニ
ウム板の板厚が厚いものをＲがゼロのようなシャープな
曲げ形状とすることが可能となった。またＶ曲げ加工に
分割型のポンチを使用すれば先端の凸形状の段差をアル
ミニウム板の種類、曲げ温度等に応じて調整でき極めて
好都合である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用されるポンチとダイスの一例を示
す断面図である。

【図２】本発明に使用されるポンチの他の例を示す断面
図である。

【図３】本発明によりＶ曲げ加工された被加工材の断面
図である。

【図４】一般的なＶ曲げ加工方法を示す断面図で（１）
は加工開始前の状態、（２）は加工終了の状態を示す断
面図である。

【図５】加工後のスプリングバックを示す断面図であ
る。

【図６】加工後の鞍そり状態を示す斜視図である。

【図７】（１）は従来のポンチの一例を示す断面図であ
り、（２）はその先端部の拡大図である。

【図８】図７のポンチを用いて加工された被加工材の斜
視図である。

【符号の説明】

１ ポンチ １１ ポンチ外側部 １２ ポンチ中央部 １３ 段差部 １４ 突起 ２ ダイス ３ 被加工材（Ｖ曲げ前） ３１ 被加工材（Ｖ曲げ後） ３２ 光沢むら ３３ 筋状の打痕 ３４ はみ出し

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対するＶ字形状のポンチとＶ字形状の
   ダイスとの間にアルミニウム板を挟み、ポンチをダイス
   内に押し込むことによるアルミニウム板のＶ曲げ加工法
   において、アルミニウム板を１５０〜３５０℃に加熱
   し、かつポンチの先端部に凸形状の段差部１３を設け、
   該段差部の高さａをアルミニウム板の板厚の０．５〜１
   ０％、長さｂを板厚の１〜３倍又はＶ曲げ先端の板のＲ
   部の周長の１〜３倍としたことを特徴とするアルミニウ
   ム板のＶ曲げ加工法。
2. 【請求項２】 Ｖ字形状のポンチとＶ字形状のダイスの
   少なくとも一方に加熱装置が内蔵されている請求項１に
   記載のアルミニウム板のＶ曲げ加工法。
3. 【請求項３】 Ｖ字形状のポンチとＶ字形状のダイスと
   からなり、該ポンチが中央部と両外側部に分割され、該
   中央部が外側部に対し上下に可動し、ポンチの先端部に
   凸形状の段差部形成を可能としたアルミニウム板のＶ曲
   げ加工用工具。
4. 【請求項４】 凸形状の段差部の高さａをアルミニウム
   板の板厚の０．５〜１０％、長さｂを板厚の１〜３倍又
   はＶ曲げ先端の板のＲ部周長の１〜３倍とする請求項３
   に記載のアルミニウム板のＶ曲げ加工用工具。