板金加工とは
板金加工は、金属の薄い板材を中心に、切断、曲げ、溶接、表面加工などの技術を駆使して、目的の形状や機能を持った部品や製品を作り出す加工技術のことを指します。この加工技術は、日常生活で使用される冷蔵庫や洗濯機、事務機器、エレベーターなど多岐にわたる製品の製造に欠かせないものとなっています。
板金加工の方法は大きく分けて、手作業による手板金と、機械を使用した機械板金の二つに分類されます。特に工業製品の製造においては、機械板金が主流となっており、精密な成形や大量生産が可能となっています。
この加工の大きな魅力として、元々の薄い板材を使って、強度を向上させたり、軽量化を実現したりすることが挙げられます。また、複雑な形状の制作やコストの削減も可能となります。
金属材料の変形には、弾性変形と塑性変形の二つの段階があります。弾性変形は、荷重を加えると金属が変形し、荷重を取り除くと元の形状に戻る現象を指します。一方、塑性変形は、一定の荷重を超えると金属が元の形状に戻らなくなる変形を指し、この塑性変形の領域で適切に加工を行うことで、目的の形状を得ることができます。
板金の曲げ加工とは
曲げ加工は、金属の板材や管材を特定の形状や角度に変形させる技術のことを指します。この加工方法は、アルミ、ステンレス、スチール板などの多様な素材に対して適用され、私たちの日常生活の中で数多くの製品や部品の製造に使用されています。
この加工技術は、専用の機械を使用して行われます。板材の曲げ加工には「プレスプレーキ」や「ブレーキ」と呼ばれる機械が使われ、特定の曲線形状を持つ製品の製造には「ロールベンダー」、管材の加工には「パイプベンダー」という機械が使用されます。
曲げ加工の基本的な原理は、金属板を一定の角度で直線的に曲げることです。このために、V溝が加工された金型（下型）を機械のフレーム下部に固定し、上下動するオス金型（上型）を押し込むことで、板材が金型に合わせて形成されます。この際、曲げる力の大きさ、すなわち「曲げモーメント」は、押す力（荷重）と距離の積として計算されます。
曲げ加工の際には、適切な距離や角度を維持することが重要です。距離が不適切であると、製品がV溝に落ちたり、不要な反りが生じたりする可能性があります。一般的に、V曲げ加工では、ダイの肩幅は板厚の8倍を基準として設定されることが多いです。
曲げ加工は、見た目は単純な技術のように思えますが、実際には高度な技術と経験が求められる加工方法です。金属が割れたり、曲げ角度にズレが生じたりするリスクがあるため、技術者の熟練と知識が不可欠です。この曲げ加工技術の背後には、多くの職人の技と知識が活かされており、私たちの生活を支える多くの製品の製造に貢献しています。
板金の曲げ加工の限界
曲げ加工は、金属板を特定の形状や角度に変形させる技術で、上の型（ヤゲン）と下の型（ダイ）を使用して行われます。ダイには特定の溝幅が設けられており、この溝幅は加工する板の厚さによって異なります。例えば、12Vのダイは溝の幅が12mmであることを示します。
適切な溝幅を選ばないと、金属板に反りやキズが発生するリスクが高まります。また、特定の形状の板金は金型と干渉する可能性があるため、加工が難しくなる場合があります。このような場合、ヤゲンの断面形状シートやリターンベンドの限界グラフを使用して、加工の可否や適切な金型の選択を確認することができます。
曲げ加工の際の重要な考慮点として、「曲げの限界高さ寸法」が挙げられます。これは、曲げ加工時に金属板が無理なく、反りやキズなく曲げられる範囲を示すもので、最小フランジとも呼ばれます。この限界高さ寸法は、板の厚さとダイの溝幅に関連しており、目安として「4 × t = 限界ダイ溝幅」（tは金属板の厚さ）という式で表されます。さらに、曲げ加工による立ち上がりの限界値は「2t + 溝幅の半分 + 補正値」として計算されます。
しかし、これらの限界値は一例に過ぎず、具体的な加工条件や要件に応じてメーカーとの確認が必要です。曲げ加工は繊細な技術を要するため、適切な知識と経験が求められます。
板金の曲げ加工の逃げとは
曲げ加工は、金属板を特定の形状や角度に変形させる技術で、この過程で板にかかる内外の力により、曲げ近くの穴が変形するリスクが高まります。具体的には、曲げ加工時に板の外側は引張り方向へ、内側は圧縮方向へ力が働きます。この力は、曲げ部分に近いほど強くなるため、曲げ近くの穴は特に変形しやすくなります。
変形の原因を詳しく見ると、板の外側では、穴の近くで力が分散し、穴の形状が変わる可能性が高まります。一方、板の内側では、圧縮される方向の力が穴の中心に向かって集中し、これも変形の要因となります。
この変形を防ぐための効果的な方法として「逃げ穴」の設置が挙げられます。逃げ穴は、曲げ加工時にワークにかかる力を逃がす役割を果たし、変形のリスクを大幅に低減させます。具体的には、逃げ穴の存在により、外側の引張り方向の力や内側の圧縮方向の力が逃げ穴に向かって逃れることで、元の穴の変形を防ぐことができます。
逃げ穴の設置により、曲げと穴の距離を短縮することが可能となり、より複雑な形状の部品や製品の製造が容易になります。ただし、逃げ穴の設計や位置は、製品の用途や機能に応じて適切に選定する必要があります。
まとめると、曲げ加工において、曲げ近くの穴の変形を防ぐためには、逃げ穴の設置が効果的であり、これにより製品の品質や機能性を高めることができます。
板金の曲げ加工の種類
曲げ加工は、金属素材を特定の形状や角度に変形させる技術で、主に3つの方法が存在します：型曲げ、フランジ成形、送り曲げ。
型曲げ:
定義: 金属素材を型に固定し、加圧して曲げる方法。
種類: 突き曲げ、迎え巻き曲げなど。
適用: V字、L字、U字、Z字などの単純な断面形状の曲げ。
V曲げ: 最も基本的で多用される方法。0.3mmの極薄板から30mmの厚板まで対応。エアベンディング、ボトミング、コイニングの3種類が存在。
L曲げ: パッドで材料を押さえ、もう一端をパンチでL字型に折り曲げる方法。特に大板の加工に適している。
フランジ成形:
定義: L曲げ加工の発展形で、複雑な湾曲を作る製品に使用。
種類: 内側に湾曲する伸びフランジ成形と、外側に湾曲する縮みフランジ成形。
特徴: 圧縮や引張のひずみのコントロールが難しく、シワや割れが発生しやすい。
送り曲げ:
定義: 素材を固定せずにラインの中で順次曲げ加工を行う方法。
種類: 3本のロールでのロール曲げ、複数のロールでのロール成形。
特徴: 連続して曲げ加工が可能で、複雑な断面形状の加工も実現できる。
金型について: 金型は、曲げ加工の精度や効率を向上させるための重要なツールです。適切な金型の選択は、取り付けや取り外しの容易さ、耐摩耗性、寸法精度、互換性などの条件を考慮して行われます。金型は大きくパンチとダイに分類され、それぞれの種類や特徴に応じて適切な加工方法が選ばれます。
当社の曲げ加工における製品事例
船舶製造装置部品 SS400
本製品は、船舶部品の製造装置に使用される装置部品で、サイズは100×400、材質はSS400を使用しています。R曲げ加工において、ブレーキ曲げによる小刻みに曲げていく加工方法を採用しています。この加工方法は、Rの径が小さいとロール曲げが難しくなるため、本製品では採用しています。型の傷は多少つくものの、従来方法と比較して、きれいな曲げ加工を実現することができます。設計図があるため、設計から携わっていると思われます。また、単品製造であることが分かっており、溶接は行われていないとのことです。
溶接レス ボックス
弊社は、工場内で使用する引っ掛ける箱を製作することになりました。お客様からは、できれば曲げ加工の一体物で製作して欲しいという要望がありました。そこで、板金屋に相談して製作をお願いしました。
曲げ加工での一体物にする理由は、納期短縮、工程短縮、コストダウン、トータルコストダウンを実現するためです。溶接をする場合は4日かかるところ、溶接をしない曲げ加工のみで製作する場合は2日で済みます。また、溶接をしないことで材料費も削減できます。
曲げ加工のみで行う際のポイントは、完成させるためには曲げ箇所を考える必要があることです。また、穴あけは、板の状態であけてから曲げ加工を施すことができました。
このように、お客様の要望に応えるために、弊社では板金屋との協力で、納期やコストの観点からも効率的な製作方法を検討し、製品を完成させました。
ステンレス製 ロールカバー
このステンレス製のロールカバーは、特に独特な楕円形のロールに対応するために設計されています。通常のローラーでの曲げ加工では対応できないこの形状に対して、ブレーキ曲げを用いて小刻みに角度を調整しながら製作しています。この精密な角度調整により、楕円形のロールにぴったりと合う形状になっています。
また、この製品は通常のワイヤー溶接ではなく、レーザー溶接機を使用しています。そのため、薄いステンレス板でもひずみが少なく、非常にきれいな仕上がりを得られます。
耐久性と耐磨耗性も高く、特別な仕上げ処理は基本的に不要です。製品の寸法と重量は用途と顧客のニーズに応じて調整可能です。