JPH09276935A - 曲げ加工装置およびその工具加工面形状設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工材の摩耗を大幅に軽減することのでき
る曲げ加工装置を提供する。 【解決手段】 所定方向に所定距離離して配置された一
対の工具（１００、２００を該所定方向に直交する方向
に相対的に移動させて被加工材（３００）を曲げる曲げ
加工装置において、一方の工具（１００）は、断面にお
いて、被加工材の曲げ支点（Ｏ）となるほぼ直角の加工
面形状を有し、他方の工具（２００）は、断面におい
て、前記曲げ支点（Ｏ）と該他方の工具が被加工材に接
触する作用点（Ｐ）との距離（Ｌ）が、前記両工具の相
対的移動の間、一定となる加工面形状を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲げ加工装置およ
びその工具加工面形状設定方法に関し、特に、所定方向
に所定距離離して配置された一対の工具を該所定方向に
直交する方向に相対的に移動させて被加工材を曲げる曲
げ加工装置およびその工具加工面形状設定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、曲げ加工装置では、工具として
パンチおよびダイを用い、プレス機械等により両者を相
対的に移動させて板状の被加工材を曲げるようににして
いる。

【０００３】このような曲げ加工装置の従来例を図３に
示す。図３において、１００はパンチ、２００はダイ、
３００は板状の被加工材であり、その板厚はｔである。
パンチ１００は断面において被加工材３００の曲げ支点
Ｏとなるほぼ直角の隅部を有し、ダイ２００は断面にお
いて一定の曲率半径Ｒの加工面形状を有している。

【０００４】図３（Ａ) はパンチ１００が降下してダイ
２００により被加工材３００が曲げられている様子を示
し、被加工材３００がダイ２００に接触している作用点
Ｐで曲げ力（荷重）Ｗが、パンチ１００の曲げ支点Ｏで
モーメントＭが働いている。

【０００５】そして、このような状態で、パンチ１００
およびダイ２００が相対的に移動するにつれ、その作用
点Ｐが被加工材３００の面上を滑りながら曲率半径Ｒの
加工面上を移動しつつ曲げ加工が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の工具の一方が一定な曲率半径の加工面を有する曲
げ加工装置においては、上述のように、パンチおよびダ
イが相対的に移動するにつれ、その作用点が被加工材の
面上を滑りながら一定の曲率半径の加工面上を移動しつ
つ曲げ加工が行われるので、被加工材の表面に摩耗痕が
大きく残るという問題があった。

【０００７】また、メッキ等の表面処理の施された被加
工材の場合には、このメッキが剥離されてしまい被加工
材の防錆上大きな問題を生じさせていた。

【０００８】本発明の目的は、かかる従来の問題を解決
し、被加工材とパンチやダイ等の工具との滑りを実質的
に無くし、被加工材の摩耗を大幅に軽減することのでき
る曲げ加工装置を提供することにある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、かかる曲げ加
工装置の加工面形状を簡単に得ることのできる工具加工
面形状設定方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の曲げ加工装置の一形態は、所定方向
に所定距離離して配置された一対の工具を該所定方向に
直交する方向に相対的に移動させて被加工材を曲げる曲
げ加工装置において、前記一対の工具のうち一方の工具
は、断面において、被加工材の曲げ支点となるほぼ直角
の加工面形状を有し、前記一対の工具のうち他方の工具
は、断面において、前記曲げ支点と該他方の工具が被加
工材に接触する作用点との距離が、前記両工具の相対的
移動の間、一定となる加工面形状を有していることを特
徴とする。

【００１１】本発明の好ましい形態では、前記所定距離
は、前記被加工材の厚みより大きいことを特徴とする。

【００１２】本発明の好ましい形態では、前記曲げ支点
と他方の工具が被加工材に接触する作用点との距離は、
前記被加工材の厚みの２〜１０倍であることを特徴とす
る。

【００１３】本発明のさらに好ましい形態では、前記一
対の工具のうち一方の工具は、パンチまたはダイの一方
であり、前記一対の工具のうち他方の工具は、パンチま
たはダイの他方であることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の曲げ加工装置の工具加工面
形状設定方法の一形態は、所定方向に被加工材の板厚ｔ
に相当する距離離して配置された一対の工具を該所定方
向に直交する方向に相対的に移動させて被加工材を曲
げ、前記一対の工具のうち一方の工具は、断面におい
て、被加工材の曲げ支点となるほぼ直角の加工面形状を
有し、前記一対の工具のうち他方の工具は、断面におい
て、前記曲げ支点と該他方の工具が被加工材と接触する
作用点との距離Ｌが、前記両工具の相対的移動の間、一
定となる加工面形状を有する曲げ加工装置の工具加工面
形状設定方法であって、 １）前記一方の工具の加工面形状を作図し、そのほぼ直
角部を第１の曲げ支点Ｏ₁ とし、第１の曲げ支点Ｏ₁ か
ら前記所定方向に距離Ｌの点を第１の作用点Ｐ₁ として
取り、 ２）第１の曲げ支点Ｏ₁ を中心とする半径ｔの円を描
き、第１の作用点Ｐ₁ からこの円に接線を引き、 ３）一方の工具が上記１）の状態から微少量相対移動し
た状態の加工面形状を作図し、そのほぼ直角部を第２の
曲げ支点Ｏ₂ とし、 ４）第２の曲げ支点Ｏ₂ を中心とする半径Ｌの円を描
き、上記２）で得られた接線との交点を第２の作用点Ｐ
₂ とし、 ５）第２の曲げ支点Ｏ₂ を中心とする半径ｔの円を描
き、第２の作用点Ｐ₂ からこの円に接線を引き、 ６）一方の工具が上記３）の状態から微少量相対移動し
た状態の加工面形状を作図し、そのほぼ直角部を第３の
曲げ支点Ｏ₃ とし、以下、上記４）ないし６）の作業を
数字を１つづつ繰り上げつつ接線がほぼ垂直になるまで
繰り返し、各交点を第３の作用点Ｐ₃ 以降とし、上記第
１の作用点Ｐ₁ 以降の各作用点（Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ，・
・・）を順次滑らかに結び他方の工具の加工面形状とす
ることを特徴とする。

【００１５】本発明の曲げ加工装置によれば、一方の工
具と他方の工具との相対的な移動による被加工材の曲げ
行程中において、一方の工具による被加工材の曲げ支点
と他方の工具が被加工材に接触する作用点との距離が、
前記両工具の相対的移動の間、一定となっているので、
被加工材の表面と他方の工具との間でその作用点が被加
工材の面上を滑ることがなく、被加工材の摩耗、メッキ
剥離等が防止される。

【００１６】また、本発明の曲げ加工装置の工具加工面
形状設定方法によれば、簡単に所望の加工面形状を得る
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】添付の図面に記載された実施例に
基づき、本発明の好ましい実施の形態につき詳細に説明
する。

【００１８】図１は、本発明に係る曲げ加工装置の工具
形状を示す一例である。理解を容易とするために従来例
と同一の符号を用いるに、１００はパンチ、２００はダ
イ、３００は板状の被加工材であり、その板厚はｔであ
る。パンチ１００は断面において被加工材３００の曲げ
支点Ｏとなるほぼ直角の隅部を有し、ダイ２００は、断
面において、前記曲げ支点Ｏとダイ２００が被加工材３
００に接触する作用点Ｐとの距離Ｌが、パンチ１００と
ダイ２００との相対的移動の間、一定となる加工面形状
を有している。

【００１９】すなわち、本実施例では、ダイ２００の加
工面が、以下に説明する作図法により上述の要求を満た
す形状とされている。

【００２０】そこで、まず、図２を参照しつつ本発明の
曲げ加工装置の工具加工面形状設定方法につき説明す
る。

【００２１】水平方向に被加工材３００の板厚ｔに相当
する距離離して配置された一対の工具としてのパンチ１
００およびダイ２００の加工面形状を設定するものとし
て、最初に、 １）一方の工具としてのパンチ１００の断面における加
工面形状を作図し、そのほぼ直角部を第１の曲げ支点Ｏ
₁ とする。そして、第１の曲げ支点Ｏ₁ から水平方向に
距離Ｌの点を第１の作用点Ｐ₁ として取る。次に、 ２）第１の曲げ支点Ｏ₁ を中心とする半径ｔの円を描
き、第１の作用点Ｐ₁ からこの円に接線Ｑ₁ を引く。さ
らに、 ３）パンチ１００が上記１）の状態から微少量相対移動
した状態のパンチ加工面形状を作図（図示の例では、こ
の微少量を板厚ｔと等しく取ってある）し、そのほぼ直
角部を第２の曲げ支点Ｏ₂ とする。そして、 ４）第２の曲げ支点Ｏ₂ を中心とする半径Ｌの円を描
き、上記２）で得られた接線Ｑ₁ との交点を第２の作用
点Ｐ₂ とする。さらに、 ５）第２の曲げ支点Ｏ₂ を中心とする半径ｔの円を描
き、第２の作用点Ｐ₂ からこの円に接線Ｑ₂ を引く。さ
らに、 ６）パンチ１００が上記３）の状態から微少量（＝ｔ）
相対移動した状態のパンチ加工面形状を作図し、そのほ
ぼ直角部を第３の曲げ支点Ｏ₃ とする。

【００２２】以下、上記４）ないし６）の作業を、曲げ
支点Ｏおよび交点（作用点）Ｐの数字を１つづつ繰り上
げつつ接線Ｑがほぼ垂直になるまで繰り返し、各交点を
第３の作用点Ｐ₃ 以降とする。すなわち、作用点Ｐ₃
は、上記４）と同様に、第３の曲げ支点Ｏ₃ を中心とす
る半径Ｌの円を描き、上記２）と同様の上記５）で得ら
れた接線Ｑ₂ との交点として求められる。さらに、同様
に、作用点Ｐ₄ は、第４の曲げ支点Ｏ₄ を中心とする半
径Ｌの円を描き、上記２）、５）と同様にして得られた
接線Ｑ₃ との交点として求められる。

【００２３】そして、上記第１の作用点Ｐ₁ 以降の各作
用点（Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ，・・・）を順次滑らかに結び
ダイ２００の加工面形状とする。

【００２４】上記作図は、紙面上で行うこともできる
が、ＣＡＤ等を用いて画面上で作成することもできる。
そして、このようにして得られた形状に対応させて、実
際の工具に倣い加工を行うことにより、所望の加工面形
状を有する工具、すなわち、パンチ１００およびダイ２
００が得られる。

【００２５】ここで、本発明にかかる曲げ支点Ｏとダイ
２００が被加工材３００に接触する作用点Ｐとの距離Ｌ
が一定になるようにした工具を有する曲げ加工装置の作
用を説明する前に、理解を容易とするために、従来の一
定の曲率半径Ｒの加工面形状の工具を有している曲げ加
工装置につき説明する。

【００２６】前述のように、図３（Ａ）は、パンチ１０
０が降下してダイ２００により被加工材３００が曲げら
れている様子を示し、被加工材３００がダイ２００に接
触している作用点Ｐで曲げ力（荷重）Ｗが、パンチ１０
０の曲げ支点ＯでモーメントＭが働いている。

【００２７】そして、このような状態で、パンチ１００
およびダイ２００が相対的に移動するにつれ、その作用
点Ｐが被加工材３００の面上を滑りながら曲率半径Ｒの
加工面上を移動しつつ曲げ加工が行われる。

【００２８】図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の作用点Ｐ付近
を拡大して示す断面図であり、説明を一般化するため
に、硬質の円柱ダイ（曲率半径Ｒ）２００が軟質（硬度
Ｈ）の平板被加工材３００に押し付けられているものと
して示している。

【００２９】今、曲げ支点Ｏと作用点Ｐとの距離をＬと
すると、曲げモーメントＭは、Ｍ＝Ｌ×Ｗであり、荷重
Ｗは距離Ｌに反比例する。なお、基本的に、Ｍ＝（材料
の定数）×ｔ（紙面に対し垂直方向は考えない）であ
る。

【００３０】そして、硬い円柱が軟らかい平板に押し付
けられれば、当然に平板の方に円柱の痕が付く。そこ
で、痕の幅（接触幅）をｂとし、紙面と垂直方向の円柱
ダイ（平板）の長さをｌとすれば、

【００３１】

【数１】Ｗ／（ｂ×ｌ）＝平板の降伏応力、 となる。

【００３２】なお、ここで平板の降伏応力はビッカース
硬さと同じ程度の値をとるので、その値をＨとし、荷重
Ｗが紙面垂直方向の単位長さ１について作用するとすれ
ば、

【００３３】

【数２】Ｗ／ｂ＝Ｈ と表される。

【００３４】そして、曲率半径Ｒの円柱ダイ２００の平
板への喰い込み量λは、三平方の定理により、以下のよ
うに求められる。

【００３５】

【数３】λ＝Ｒ−｛（Ｒ² −（ｂ／２）² ｝ 上述した関係は、あくまでも図３（Ａ）に示す状態が静
止していることを前提としている。

【００３６】しかしながら、かかる曲げ加工では、被加
工材３００とダイ２００との間には滑りが生じ、被加工
材に関してそれを図示すると図３（Ｃ）のようになる。
そして、この滑りの距離をｄとすると、被加工材３００
の摩耗量Ｖは、Ｖ＝λ×ｄとなる。

【００３７】ここで、図３（Ａ）に戻り、被加工材３０
０の曲がり角をθとすると、距離Ｌおよび荷重Ｗは次式
で表される。

【００３８】

【数４】Ｌ＝［ｔ² ＋｛（Ｒ＋ｔ）tan θ／２｝² ］ Ｗ＝Ｍ／［ｔ² ＋｛（Ｒ＋ｔ）tan θ／２｝² ］ ここで、モーメントＭについては一定であると見なす
と、荷重Ｗは曲げ加工が進んでいくにつれ、すなわち、
曲がり角θが０に近ずくにつれ大きくなっていく。

【００３９】従って、上記図３（Ｃ）は、厳密には図３
（Ｄ）の如くなり、

【００４０】

【外１】

【００４１】被加工材３００の摩耗量Ｖは簡易的に、

【００４２】

【数５】Ｖ＝（λ₁ ＋λ₂ ）／２×ｄ と表せる。

【００４３】また、荷重Ｗの変化に伴い、接触幅ｂも変
化する。そして、曲げ加工開始点（θ＝９０゜）および
終了点（θ＝０゜）における接触幅は下記のようになる
ので、

【００４４】

【数６】

【００４５】それぞれの点における喰い込み量λは、

【００４６】

【数７】

【００４７】となる。

【００４８】そして、

【００４９】

【外２】

【００５０】摩耗量Ｖは、

【００５１】

【数８】 Ｖ＝｛Ｒ−（Ｒ² −Ｍ² ／（４Ｈ² ×ｔ² ））｝×１／２×（Ｒ＋ｔ） （１） となる。

【００５２】ところで、本発明に係る曲げ支点Ｏと被加
工材３００に接触する作用点Ｐとの距離Ｌが一定になる
ようにした工具を有する曲げ加工装置にあっては、上述
の従来例と異なり、Ｗ＝Ｍ／Ｌの関係において距離Ｌが
一定であり、また、従来例と同様の条件としてモーメン
トＭを一定と見なすと、荷重Ｗは一定となる。

【００５３】従って、距離Ｌが一定であることから、従
来例につき図３（Ｂ）に示した喰い込み現象が、被加工
材３００の定点にて生じ、曲げ加工が進むにつれて、す
なわち、曲げ角θが０゜に近づくにつれて、円柱ダイ２
００の曲率半径Ｒが、図４に示すように、Ｒ₁ からＲ
₂ 、Ｒ₃ と大きくなるのと等価となる。

【００５４】ここで、本発明の場合には、滑り距離ｄ＝
０であるから、理論的には摩耗量Ｖ＝０となるが、実際
には最小の曲率半径Ｒ₁ のときの喰い込み量をλ₁ とす
れば、摩耗量Ｖはｂ×λ₁ で表され、

【００５５】

【数９】ｂ＝Ｍ／ＨＬ λ₁ ＝Ｒ₁ −（Ｒ₁ ²−Ｍ² ／（４Ｈ² ×Ｌ² ）） であるから、結局、摩耗量Ｖは、

【００５６】

【数１０】 Ｖ＝［Ｒ₁ −（Ｒ₁ ²−Ｍ² ／（４Ｈ² ×Ｌ² ））］×Ｍ／ＨＬ （２） となる。

【００５７】ここで、上述の従来例による摩耗量Ｖと、
本発明による摩耗量Ｖとを、式（１）および（２）を用
いて対比するために、下記の条件に設定する。

【００５８】すなわち、Ｌ＝ｎｔ（ｎは２より大きい正
の整数） Ｒ＝（ｎ−１）ｔ Ｒ₁ ＝０．２ｎｔ Ｍ＝Ｈ×Ｅ×t （板厚に比例）Ｅは被加工材の縦弾性係
数 すると、上式（１）は、

【００５９】

【数１１】 Ｖ＝（ｎｔ／２）×ｎ｛ｔ−（ｔ² −Ｅ² ／４ｎ² ）｝ （１′） 上式（２）は、

【００６０】

【数１２】 Ｖ＝０．２×Ｅ×ｎ｛ｔ−（ｔ² −Ｅ² ／４ｎ⁴ ）｝ （２′） となる。

【００６１】そして、経験的に、Ｍ＝Ｈ／２とおけるの
で、Ｅ＝１／２ｔとなる。従って、式（１′）および
（２′）の前半を対比するに、

【００６２】

【数１３】（ｎｔ／２）：０．２×Ｅ＝ｎｔ：１／５ｔ
＝５ｎｔ² ：１ となり、ｎは正の整数なので、式（１′）の前半は式
（２′）の前半より大きく、また、式（１′）の後半は
式（２′）の後半よりも当然に大きいので、全体とし
て、式（１′）＞式（２′）となることが分かる。換言
すると、本発明の加工面形状による摩耗量Ｖが従来のも
のに比べて大幅に減少することが分かる。

【００６３】これらの関係を図示すると、図５に示すよ
うになる。すなわち、図５の（Ａ），（Ｂ）は従来のダ
イ２００が一定の曲率半径Ｒの加工面を有する場合であ
り、曲げ加工が進むにつれ、ダイ２００の表面および被
加工材３００の両方に滑りが生じている（黒塗りで示さ
れている）。この結果、被加工材３００の表面には広い
範囲に亘り摩耗が生ずる。

【００６４】これに対し、図５の（Ｃ），（Ｄ）は本発
明に係るダイ２００が曲げ支点Ｏと被加工材３００に接
触する作用点Ｐとの距離Ｌが一定になるようにした加工
面を有する場合であり、曲げ加工が進むにつれ、被加工
材３００の表面は定点のままダイ２００の表面のみに滑
りが生じている（黒塗りで示されている）。この結果、
被加工材３００の表面では定点のみに摩耗が生じるのみ
で、その摩耗量が大幅に軽減されるのである。

【００６５】なお、上述の説明におけるパンチ１００と
ダイ２００との関係は、逆としてもよいことは云うまで
もない。

【００６６】［実施例および比較例］被加工材としてＥ
ＧＣ−Ｅ−２０／２０ジンコート鋼板、板厚ｔ＝１．０
ｍｍ、曲げ線長さ＝２８ｍｍについて、本発明の曲げ加
工装置（曲げ支点と作用点との距離Ｌが３ｔおよび５
ｔ）および従来例の曲げ加工装置を用いて、曲げ加工を
行い、亜鉛メッキの剥離量を計測した。その結果を表１
に示す。

【００６７】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の曲げ加工装置の一実施の形態を示す断
面図である。

【図２】本発明の曲げ加工装置の工具加工面形状設定方
法による作図法を示す図である。

【図３】従来例を説明する図であり、（Ａ）は図１に対
応する断面図、（Ｂ）はその一部拡大図、（Ｃ）および
（Ｄ）は滑りによる摩耗を説明するための図である。

【図４】本発明の曲げ加工装置の工具の被加工材への接
触を説明するための断面図である。

【図５】本発明および従来例における滑りと摩耗との関
係を説明するための断面図であり、（Ａ）および（Ｂ）
は従来例のものを、（Ｃ）および（Ｄ）は本発明のもの
を示す。

【符号の説明】

１００ パンチ ２００ ダイ ３００ 被加工材 Ｏ 曲げ支点 Ｐ 作用点 Ｌ 距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 徹太郎 東京都目黒区中根２丁目４番19号 キヤノ ン精機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定方向に所定距離離して配置された一
   対の工具を該所定方向に直交する方向に相対的に移動さ
   せて被加工材を曲げる曲げ加工装置において、 前記一対の工具のうち一方の工具は、断面において、被
   加工材の曲げ支点となるほぼ直角の加工面形状を有し、 前記一対の工具のうち他方の工具は、断面において、前
   記曲げ支点と該他方の工具が被加工材に接触する作用点
   との距離が、前記両工具の相対的移動の間、一定となる
   加工面形状を有していることを特徴とする曲げ加工装
   置。
2. 【請求項２】 前記所定距離は、前記被加工材の厚みよ
   り大きいことを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工装
   置。
3. 【請求項３】 前記曲げ支点と他方の工具が被加工材に
   接触する作用点との距離は、前記被加工材の厚みの２〜
   １０倍であることを特徴とする請求項２に記載の曲げ加
   工装置。
4. 【請求項４】 前記一対の工具のうち一方の工具は、パ
   ンチまたはダイの一方であり、 前記一対の工具のうち他方の工具は、パンチまたはダイ
   の他方であることを特徴とする請求項１ないし３のいず
   れかに記載の曲げ加工装置。
5. 【請求項５】 所定方向に被加工材の板厚ｔに相当する
   距離離して配置された一対の工具を該所定方向に直交す
   る方向に相対的に移動させて被加工材を曲げ、 前記一対の工具のうち一方の工具は、断面において、被
   加工材の曲げ支点となるほぼ直角の加工面形状を有し、 前記一対の工具のうち他方の工具は、断面において、前
   記曲げ支点と該他方の工具が被加工材と接触する作用点
   との距離Ｌが、前記両工具の相対的移動の間、一定とな
   る加工面形状を有する曲げ加工装置の工具加工面形状設
   定方法であって、 １）前記一方の工具の加工面形状を作図し、そのほぼ直
   角部を第１の曲げ支点Ｏ₁ とし、第１の曲げ支点Ｏ₁ か
   ら前記所定方向に距離Ｌの点を第１の作用点Ｐ₁ として
   取り、 ２）第１の曲げ支点Ｏ₁ を中心とする半径ｔの円を描
   き、第１の作用点Ｐ₁ からこの円に接線を引き、 ３）一方の工具が上記１）の状態から微少量相対移動し
   た状態の加工面形状を作図し、そのほぼ直角部を第２の
   曲げ支点Ｏ₂ とし、 ４）第２の曲げ支点Ｏ₂ を中心とする半径Ｌの円を描
   き、上記２）で得られた接線との交点を第２の作用点Ｐ
   ₂ とし、 ５）第２の曲げ支点Ｏ₂ を中心とする半径ｔの円を描
   き、第２の作用点Ｐ₂ からこの円に接線を引き、 ６）一方の工具が上記３）の状態から微少量相対移動し
   た状態の加工面形状を作図し、そのほぼ直角部を第３の
   曲げ支点Ｏ₃ とし、 以下、上記４）ないし６）の作業を数字を１つづつ繰り
   上げつつ接線がほぼ垂直になるまで繰り返し、各交点を
   第３の作用点Ｐ₃ 以降とし、 上記第１の作用点Ｐ₁ 以降の各作用点（Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ
   ₃ ，・・・）を順次滑らかに結び他方の工具の加工面形
   状とすることを特徴とする曲げ加工装置の工具加工面形
   状設定方法。