金属曲げ絞り部品とは何ですか？

金属曲げ絞り部品 は、2 つの冷間成形プロセス (曲げと深絞り) を組み合わせて製造される板金コンポーネントで、平らな金属板ストックから正確な角度の特徴、湾曲した壁、中空の輪郭を備えた 3 次元部品を作成します。 曲げは金属を直線軸に沿って変形させてアングル、フランジ、チャネルを作成します。一方、絞りはシートを金型の上に引っ張ってカップ、ボックス、および深さのある閉じた形状を形成します。 。結果として得られる部品は、元の金属の構造的完全性を維持しながら、固体素材から機械加工して製造するのは非現実的または非経済的である複雑な形状を実現します。

これらの部品は、自動車、航空宇宙、エレクトロニクス、建設、消費財業界にわたる現代の製造の基礎です。たとえば、1 台の車体には、ドア パネルやルーフ レールからブラケット アセンブリや燃料タンクのシェルに至るまで、何百もの金属製の曲げ部品や絞り部品が含まれています。これらの部品が何であるか、どのように製造され、何が品質を左右するのかを理解することは、板金コンポーネントを扱うエンジニア、調達スペシャリスト、製造業者にとって不可欠な知識です。

曲げ部品: 定義、プロセス、および形状

金属曲げ部品は、定義された軸に沿って平らな金属ブランクに力を加えることによって製造され、永久的な角度または曲線を作成する塑性変形を引き起こします。このプロセスでは材料は除去されません。制御された塑性ひずみを通じてそれを再分配します。曲げの外面は張力状態にあり、内面は圧縮状態にあり、中立軸 (張力も圧縮も受けていない平面) は約 内面からの材料の厚さの 1/3 ～ 1/2 、曲げ半径と材料特性に応じて異なります。

主な曲げ方法

工業生産ではいくつかの異なる曲げプロセスが使用されており、それぞれが異なる部品の形状、材料の厚さ、生産量に適しています。

• Vベンディング（エアーベンディングとボトミング） — 最も一般的なプロセス。パンチが金属シートを V 字型の型にプレスします。エアベンディングはパンチが底に達する前に停止し、スプリングバック角度を利用して目標角度を達成します。ボトミングでは、パンチがダイに接触するように駆動され、材料をコイニングしてより高い精度を実現します (ボトミングの場合は通常 ±0.5°、エアベンディングの場合は ±1° ～ ±2°)。
• U曲げ — 対応するパンチとダイのペアを使用して、チャネル形状または U プロファイルの部品をシングル ストロークで作成します。構造チャネル、ケーブル トレイ、エンクロージャ フレームに共通。
• ロールベンディング — 3 つのロールがシートまたはプレートを徐々に変形させ、円筒シェル、円錐セクション、湾曲した構造部材などの大きな半径を持つ湾曲部品を生成します。
• ワイプ曲げ（エッジ曲げ） — シートがクランプされ、ワイプ ダイの一方の端が折り重ねられ、フランジとリターン リップが形成されます。箱成形やパン成形のプレスブレーキによく使用されます。
• 回転曲げ — 回転ダイがシート表面を横切って回転し、表面マーキングを最小限に抑えて曲げを生成します。これは、仕上げ済みの材料や外観に敏感な材料に適しています。

最小曲げ半径とスプリングバック

2 つの重要なパラメータが、すべての曲げ部品の実現可能性と精度を左右します。最小曲げ半径とは、外側の張力面に亀裂が生じることなく材料を曲げることができる最小の半径です。通常、材料の厚さ (t) の倍数として表されます。たとえば、軟鋼 (低炭素) の最小曲げ半径は通常、 0.5t～1t 、一方、高強度アルミニウム合金には、 3t～5t 亀裂が発生する前の最小半径。

スプリングバックは、曲げ力が解放されたときに発生する弾性回復であり、パーツが意図した角度からわずかに開きます。スプリングバックの大きさは、材料の降伏強度が増加すると増加し、曲げ半径が小さくなると減少します。プロセスエンジニアは、過剰曲げ（目標角度よりも 2° ～ 5° 厳しいダイ角度を使用）、または厚さ方向の塑性ひずみによる弾性回復を最小限に抑えるボトミングおよびコイニング操作を使用することによって補正します。

描画パーツ: 定義、処理、および深さの機能

絞り部品、より正確には深絞り部品は、パンチを使用して平らな金属ブランクを金型キャビティに押し込み、底部が閉じ、上部が開いた中空の 3 次元形状を形成することによって製造されます。このプロセスでは、フランジ材料をダイの内側と下方に引き込み、金属が流れるにつれて壁がわずかに薄くなり、フランジが厚くなります。絞り加工は、飲料缶、調理器具、自動車燃料タンク、医療機器ハウジング、および大量生産されるその他の中空金属部品の背後にある成形プロセスです。

深絞り加工の流れ

完全な深絞り操作には、次のシーケンスが含まれます。

1. ブランクの準備 — 円形または成形されたブランクがシートストックから切り出されます。ブランク直径は、ターゲットの絞り加工部品の形状と材料の絞り比率の制限に基づいて計算されます。
2. ブランク保持 — ブランク ホルダー (圧力パッド) が、制御された圧力でブランクのフランジをダイ面にクランプし、フランジ素材が内側に引っ張られる際のしわを防ぎます。
3. パンチ降下 — パンチが下降し、ブランクの中央領域をダイのキャビティに押し込みます。フランジの材料は張力を受けて内側に流れ、カップ壁を形成します。
4. 部品の排出 — 絞り加工品は、ノックアウトピンまたはエアエジェクションを使用して金型から排出されます。
5. 再描画 (必要な場合) — 必要な深さ対直径の比率が 1 回の絞りで達成可能な値を超える場合、部品は 1 回以上の再絞り操作を受け、それぞれの再絞り操作で直径が減少し、深さが段階的に増加します。

絞り比と成形限界

限界絞り比 (LDR) は、部品を引き裂くことなく 1 回の絞り操作で達成できるブランク直径とパンチ直径の最大比です。ほとんどの低炭素鋼の場合、LDR はおよそ 2.0～2.2 つまり、パンチ直径の最大 2.2 倍のブランクを 1 回の操作でカップに引き抜くことができます。アルミニウム合金の LDR は通常、次のとおりです。 1.8～2.0 、ステンレス鋼の範囲は次のとおりです。 1.8～2.1 グレードによります。単一絞りの LDR を超える深さと直径の比を必要とする部品は、加工硬化が制限される場合、中間焼きなましを伴う複数の絞り段階で製造されます。

金属の曲げ・絞り部品に使用される材質

曲げ部品や絞り部品の材料を選択するには、成形性 (亀裂やしわを発生させずに必要な変形を行う能力)、完成部品の強度、耐食性、およびコストのバランスを考慮する必要があります。以下の材料は、業界全体の生産量の大部分を占めています。

曲げおよび絞り用の工具: 金型、パンチ、プレス

工具システム (ダイとパンチ) は、曲げ加工や絞り加工における部品の品質と生産経済性の中心的な決定要因です。ツーリングの設計では、材料のスプリングバック、ブランクホルダーの力、ダイのクリアランス、パンチのコーナー半径、および潤滑戦略を同時に考慮する必要があります。

曲げ工具

曲げ加工用のプレスブレーキ治具は、プレスブレーキ機に取り付けられたパンチ（上型）とダイ（下型）で構成されます。標準的なヨーロッパ スタイル (Wila/Trumpf 互換) ツーリング システムは、専用のカスタム ツールを使用せずに、さまざまな部品の長さとプロファイルに合わせて構成できるモジュラー パンチおよびダイ セグメントを使用しており、短期生産またはプロトタイプ生産のセットアップ コストを大幅に削減します。大量順送金型曲げの場合、各部品の形状に合わせて専用の硬化工具鋼工具が指定されており、一般的な工具鋼の硬度は次のとおりです。 58–62 HRC 作業面が何百万サイクルにもわたって摩耗に耐えられるようにします。

描画ツール

深絞りダイスは、パンチ、ダイリング、およびブランクホルダーで構成されており、パンチとダイの間には正確なクリアランスがあります（通常、 素材の厚さより 10% ～ 15% 大きい シングルドロー操作の場合）、過度に薄くすることなく金属を流すことができます。ダイのコーナー半径は非常に重要です。ダイの半径が小さすぎると、ダイの入り口で部品が裂けてしまいます。半径が大きすぎると、しわが寄ってしまいます。鋼のダイの半径は通常、次の範囲にあります。 4t～10t (材料の厚さの 4 ～ 10 倍)、より浅い絞りには大きな半径が使用され、より深い部分ではより厳密な形状制御に小さな半径が使用されます。

プレス選択

曲げ加工では、材料の厚さと曲げ長さに応じたトン数のプレス ブレーキ (油圧式、サーボ電気式、または機械式) を使用します。 V 曲げ軟鋼の一般的な経験則では、次のことが必要です。 曲げ長さ 1 メートル、材料の厚さ 1 ミリメートルあたり 8 トンの力 。絞り加工には単動または複動の油圧プレスが使用され、内側のスライドがパンチを駆動し、外側のスライドがブランク ホルダーの力を独立して制御します。これは、深絞り加工における一貫したフランジ制御に不可欠な機能です。

主要な品質パラメータと測定方法

寸法精度、表面の完全性、および材料特性の保持は、金属曲げおよび絞り部品の 3 つの主要な品質領域です。それぞれは、エンジニアリング図面および該当する規格で定義された特定の測定方法と合格基準によって管理されます。

寸法許容差

曲げ部品の角度許容差はプロセスによって異なります。通常、空気曲げで達成できる角度は次のとおりです。 ±1°～±2° 、ボトミングとコイニングを達成しながら ±0.5°以上 。曲げ部品の直線寸法はスプリングバックの影響を受け、通常は一定に保たれます。 ±0.5mm 一般産業用部品や ±0.1～±0.2mm 精密な取り付けが必要な精密アセンブリに。深絞り部品は、肉厚のばらつき (通常、公称肉厚の ±10% が許容されます)、フランジの平坦度、および全体の高さの一貫性が測定されます。

表面品質

部品の曲げおよび絞り加工に許容される表面品質は、特定の欠陥がないことによって定義されます。

• 曲げ半径での亀裂 - 材料の延性または過剰な加工硬化に対して不十分な曲げ半径を示します。重要なコンポーネントは目視および染料浸透試験によって検査されます
• しわが寄る - 絞り加工品のフランジまたは壁の圧縮シワ。ブランクホルダーの力が不十分なことが原因です。目視基準または表面形状測定に照らして評価
• 引き裂く - 絞り加工部品のパンチ半径またはダイの入り口での破損。過度の延伸比、不十分な潤滑、または不適切なダイ半径が原因
• オレンジピール - 出発原料の大きな粒径によって引き起こされる粗い表面組織。材料仕様によって管理され、表面粗さ基準 (Ra 値) に対して検証されます。
• かじりとスコアリング - 金属と工具の接着や破片による工具跡。潤滑管理と金型表面仕上げメンテナンスによる管理

肉厚測定

絞り加工品の薄肉化は、超音波厚さ計または断面測定を使用して測定されます。重要な薄化ゾーンは通常、二軸張力が最も高くなるパンチ半径とダイ入口半径にあります。ほとんどの構造用途では、 公称厚さの最大 20% の薄肉化 許容されます。圧力がかかる部品や安全性が重要な部品の場合は、より厳しい制限が適用され、最初の製品サンプルの破壊断面分析によって検証される場合があります。

分野別の一般的な産業用途

金属曲げ絞り部品 ほぼすべての製造部門で、年間 1 つのプロトタイプから数十億個に至る量が生産されています。次の例は、応用範囲の広さを示しています。

自動車製造

1 台の乗用車には約 200 ～ 300 の異なる板金パーツ 、大部分は曲げと絞りによって製造されます。ボディパネル (ドア、ボンネット、ルーフ、フェンダー) は、低炭素鋼または高張力鋼のブランクから大型トランスファー プレスで引き抜かれます。構造コンポーネント (A ピラー、ロッカー パネル、クロスメンバー) は、高速プレスでロール成形または段階的に曲げられます。燃料タンクは、コーティングされたスチールまたはアルミニウムから作られています。自動車部門は世界で最も多くの金属成形を推進しており、世界の自動車生産台数は年間 9,000 万台を超えています。

航空宇宙と防衛

航空機の構造フレーム、外板パネル、隔壁、リブ部分は、アルミニウム合金 (主に 2xxx および 7xxx シリーズ) から精密曲げ、ストレッチフォーミング、ハイドロフォーミングプロセスを使用して製造されます。航空宇宙用の曲げ部品の公差は、一般的な産業用途よりも大幅に厳しく、プロファイル公差は多くの場合、次のように保たれます。 ±0.2mm メートルスケールを超える部品。図面は圧力容器部品、アクチュエータハウジング、燃料システム部品に使用されます。

電子・電気機器

電子機器のエンクロージャ、シャーシ、シールド、コネクタ ハウジングは、冷間圧延鋼、アルミニウム、または銅合金から曲げ加工されて大量に製造されます。精密順送金型曲げにより、複雑なブラケットとクリップの形状を高速で製造できます。 毎分数百の部品 スタンピングプレスで。図面は、電池ケース、コンデンサ缶、密閉型電子機器筐体に使用されます。

建設と建築

構造ブラケット、ファサード外装パネル、屋根材、ドアフレーム、HVAC ダクトは、亜鉛メッキ鋼、アルミニウム、またはステンレス鋼から曲げて製造されます。ロール成形 (連続曲げプロセス) では、一貫した断面を持つ長い構造プロファイル (母屋、レール、チャネル) を高い生産率で製造します。カスタムの建築用クラッディング パネルは、表面仕上げの保存に細心の注意を払い、プレス ブレーキ曲げを使用して少量生産されることがよくあります。

医療機器および医療機器

手術器具のコンポーネント、インプラント ハウジング、滅菌トレイ、診断機器の筐体は、ステンレス鋼 (通常は 304 または 316L グレード) またはチタン合金から絞り加工され、曲げられています。医療用途では、最高レベルの表面仕上げ (インプラント隣接面の Ra ≤ 0.8 μm)、材料のトレーサビリティ、寸法の一貫性が求められ、金属成形用途の中でも最も要求の厳しいものの一つです。

金属の曲げおよび絞り部品の設計上の考慮事項

金属の曲げ部品や絞り部品を効果的に設計するには、プロセスの制限と、部品の形状が製造性にどのような影響を与えるかについての知識が必要です。いくつかの設計ルールが普遍的に適用されます。

曲げ代とブランク展開

曲げるたびに、曲げ部品の公称外寸法と比較して、展開された (平らな) ブランクに材料の長さが追加されます。この曲げ許容値は、材料の厚さ、曲げ半径、および K 係数 (中立軸の位置を表す材料固有の定数) によって決まります。フラットブランクの正確な計算が不可欠です。 ブランク展開時0.5mm 6 つの曲げがある部品では、 累積寸法誤差3mm 完成部品に含まれる - 精密用途では、組み立ての干渉や許容できない隙間を引き起こすのに十分です。

曲がり付近の穴とフィーチャの配置

穴、スロット、カットアウトが曲げ線に近すぎると、金属が曲げ半径の周りを流れるときに成形中に歪みが発生します。穴のエッジから曲げ線までの最小距離は通常、 曲げ半径1.5t 丸穴用と 曲げ半径3t 曲がりに平行なスロットの場合。この最小値よりも近いフィーチャでは、曲げ後のピアシング (操作の追加) またはフィーチャ周囲の歪みの許容のいずれかが必要になります。

描画パーツの設計ルール

深絞り部品には、指定された数の絞り操作で部品を製造できるかどうかを決定する特定の設計制約が適用されます。

• 深さと直径の比 — 1 回の絞りで直径の約 75% を超える深さの部品は、ほとんどの材料で多段階の処理が必要です
• 長方形の描画部品の角の半径 — コーナーは最も大きく変形した領域です。コーナー半径は少なくとも次のようにする必要があります 3t～5t 引き裂きを避けるため、シングルドローを実現するにはコーナー半径と部品の高さの比が 0.2 より大きくなければなりません。
• 抜き勾配角度 — 絞り加工された部品の壁にわずかなテーパー (0.5° ～ 2°) が付いているため、ダイからの取り出しが容易になり、部品がパンチにくっつくリスクが軽減されます。
• 均一な肉厚 - 肉厚の急激な変化により、裂けやすい応力集中ゾーンが生じます。可能な限り段階的な移行が好ましい

表面仕上げおよび後処理オプション

金属の曲げ部品や絞り部品には、耐食性、外観、硬度、または塗装や接着などの後続プロセスへの適合性を高めるために、成形後の表面処理が施されることがよくあります。一般的な後処理操作には次のようなものがあります。

• バリ取りとエッジ仕上げ — タンブリング、ベルト研削、またはロボットによるバリ取りを使用して、カットエッジから鋭利なエッジやバリを除去します。これは、オペレータの安全性と下流のアセンブリの適合に不可欠です。
• リン酸亜鉛処理 — 塗装前にスチール部品に化成皮膜を塗布し、塗料の密着性を向上させ、一時的な腐食保護を提供します。
• 電気めっき — 耐食性、硬度、または導電性を高めるために部品の表面に亜鉛、ニッケル、クロム、またはスズを電着します。
• 陽極酸化処理 — アルミニウム部品を電気化学的に酸化して、密封および染色できる硬質の多孔質酸化物層を生成します。航空宇宙および家電製品のアルミニウム部品の規格
• 粉体塗装 — 静電的に適用されたポリマー粉末は 180 ～ 200°C で硬化します。建築および産業用途に優れた耐食性と耐紫外線性を備えた耐久性のある均一なカラーコーティングを提供します
• 不動態化 — ステンレス鋼部品を酸処理して表面から遊離鉄を溶解し、不動態酸化クロム層を修復し、医療および食品と接触する用途の耐食性を向上させます