JP2012115868A - プレス板曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フェライト系ステンレス鋼板を用いて９０°以上のプレス板曲げ加工を行う場合であっても、曲げ部の内側の折れこみの発生を抑制防止する。
【解決手段】ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼板から成る板材１を１８０°折り曲げるはぜ折り加工の場合、板材１を９０°曲げる第１工程及び９０°以上曲げる第２工程の内型の角Ｒを板厚の０．２５倍以上０．７５倍以下とすることで、第１工程後も、第２工程後も曲げ部内側面に折れこみは発生せず、しかしながら板材１の曲げ部内側部分に適切な加工硬化が発生し、その結果、第３工程のはぜ折り工程でも、曲げ部内側面に折れこみは発達せず、最終的にも折れこみのないはぜ折り加工が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板などのプレス板曲げ加工方法に関し、特にフェライト系ステンレス鋼板を９０°以上板曲げ加工するのに好適なものである。

実際のプレス板曲げ加工では、スプリングバックと呼ばれる変形の戻りによって所定の曲げ角度や曲げ半径を得られないことが知られており、更にスプリングバックの量も材質によって異なる。例えばオーステナイト系ステンレス鋼板ＳＵＳ３０４のスプリングバック量はフェライト系ステンレス鋼板ＳＵ４３０のスプリングバック量より大きい。このようにスプリングバック量が材質によって異なるために、同じ形状で材質の異なる製品を作ろうとしたとき、材質毎にプレス用の型を用意する必要が生じ、不便であるばかりでなく、コストも増大する。そこで、本発明者等は、下記特許文献１に記載されるプレス加工方法を提案し、材質が異なる場合でも同一型で同じ形状の曲げプレス加工ができるようにした。

特開２００９−０９０３６９号公報

ところで、特にフェライト系ステンレス鋼板を用いて、９０°以上（元の形状に対する曲げ角度を表す）の板曲げ加工やはぜ折りと呼ばれる１８０°の板折り曲げ加工を行う場合、曲げ部の内側にしわ（折れこみ）の発生することが明らかとなったが、これを効果的に抑制防止する手法は開発されていない。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、フェライト系ステンレス鋼板を用いて９０°以上の板曲げ加工を行う場合であっても、曲げ部の内側の折れこみの発生を抑制防止することが可能なプレス板曲げ加工方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のプレス板曲げ加工方法は、フェライト系ステンレス鋼板を用いて９０°以上のプレス板曲げ加工を行うにあたり、曲げ部内側の工具の曲げ部角Ｒ半径を、被加工材の板厚の０．２５倍以上として板曲げ加工を行うことを特徴とするものである。
また、フェライト系ステンレス鋼板を用いて１８０°の板折り曲げ加工を３段階以上のプレス板曲げ加工にて行うにあたり、第１段階の９０°板曲げ加工工程及び第２段階の９０°以上の鋭角板曲げ加工工程で、曲げ部内側の工具の曲げ部角Ｒ半径を、被加工材の板厚の０．２５倍以上０．７５倍以下として板曲げ加工を行い、最終プレスで曲げ部内側の工具無しに１８０°の板折り曲げ加工を行うことを特徴とするものである。

而して、本発明のプレス板曲げ加工方法によれば、フェライト系ステンレス鋼板を用いて９０°以上のプレス板曲げ加工を行うにあたり、曲げ部内側の工具の曲げ部角Ｒ半径を、被加工材の板厚の０．２５倍以上として板曲げ加工を行うこととしたため、スプリングバック量の小さいフェライト系ステンレス鋼板でも曲げ部の内側の折れこみの発生を抑制防止することができる。

また、フェライト系ステンレス鋼板を用いて１８０°の板折り曲げ加工を３段階以上のプレス板曲げ加工にて行うにあたり、第１段階の９０°板曲げ加工工程及び第２段階の９０°以上の鋭角板曲げ加工工程で、曲げ部内側の工具の曲げ部角Ｒ半径を、被加工材の板厚の０．２５倍以上０．７５倍以下として板曲げ加工を行い、最終プレスで曲げ部内側の工具無しに１８０°の板折り曲げ加工を行うこととしたため、スプリングバック量の小さいフェライト系ステンレス鋼板でも曲げ部の内側の折れこみの発生を抑制防止することができる。

本発明のプレス板曲げ加工方法の一実施形態を示す説明図である。 一般的なプレスＶ曲げ加工方法の模式図である。 一般的なプレスＵ曲げ加工方法の模式図である。 一般的なプレスＶ曲げ加工方法での曲げ部寸法の説明図である。 プレスＶ曲げ加工方法におけるスプリングバックの説明図である。 プレスＶ曲げ加工方法における底付きの説明図である。 鋼材の違いによる底付き後の曲げ部形状の説明図である。 一般的なはぜ折り加工方法の説明図である。 曲げ部内側型の違いによるはぜ折り加工の各工程での曲げ部形状の説明図である。

次に、本発明のプレス板曲げ加工方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のプレス板曲げ加工方法として、フェライト系ステンレス鋼板であるＳＵＳ４３０をはぜ折り加工する工程説明図である。本実施形態では、フェライト系ステンレス鋼板ＳＵＳ４３０からなる板材１をはぜ折り加工する場合、まず第１工程で、直角曲げ外型１２上に載置した板材１を直角曲げ内型１１でプレスして９０°、直角板曲げ加工する。次の第２工程では、例えば鋭角曲げ外型２２上に斜めに載置した板材１の９０°曲げ部の内側から鋭角曲げ内型２３で、外側から角度付き曲げ型２１でプレスして９０°以上（元の板材状態からの曲げ角度）、鋭角板曲げ加工する。この実施形態では、次の第３工程で、はぜ折り外型３２上に載置した板材１を平押し型３１でプレスしてはぜ折り加工を完成する。本実施形態では、第１工程の直角曲げ内型１１の曲げ部角Ｒ（隅Ｒ、コーナＲともいう）の半径Ｒ１、或いは第２工程の鋭角曲げ内型２３の曲げ部角Ｒの半径Ｒ２が特徴的であるが、その大きさについては後段に詳述する。また、第２工程と第３工程の間には、別の工程を挟んでもよい。つまり、最終工程がはぜ折り加工工程であれば、その間には、如何様なプレス加工工程を挟んでもよい。

プレスによる板曲げ加工には、例えば図２に示すようなＶ曲げ加工と呼ばれる方法や、図３に示すようにＵ曲げ加工と称して２カ所を同時に曲げる方法もある。図中の符号４１はパンチ、符号４２はダイと呼び、プレス加工の押し型をパンチ４１、受け型をダイ４２という。Ｖ曲げ加工の場合の曲げ部の拡大図を図４に示す。曲げる板の厚さをｔとしたとき、板材１の曲げ部外側表面の曲げ半径をＲｏｕｔ、曲げ部内側表面の曲げ半径をＲｉｎとすると、幾何学的にはＲｏｕｔ−Ｒｉｎ＝ｔとなる。これは、板材１を比較的自然に曲げたときの状況である。従って、パンチ１１の先端角ＲはＲｉｎとすればよい。一方、ダイ４２側は特にＲ形状を設けなくともよく、図４のように角部を逃がしてやればよい。

しかしながら、実際のプレス加工工程においては、スプリングバックと呼ばれる変形の戻りにより、所定の曲げ角度や曲げ半径を得られないことが多い。例えば図５ａに示すように曲げ角度θ＝９０°のＶ曲げ加工した後、図５ｂに示すように離型すると曲げた角度が開いて９０°以上の角度になり、所定の曲げ角度にならない。スプリングバックを防止するには、予めスプリングバックする角度を見込んで型（パンチ４１）の角度を９０°より小さくしておくか、または図６に示すように、パンチ４１の角ＲをＲｉｎより小さいＲ’とし、プレスの最後に荷重を強くかける（これを底付きという）によって板厚方向に歪みを加えることにより、スプリングバックを小さくする技術がよく用いられる。特に、底付きを行う場合は、パンチの角Ｒ部によって、板材１には厚さ方向に変形を受け、曲げ部内側の表面に歪みを多く受けることによって、より一層、スプリングバックを小さくする効果がある。

一方、プレス曲げ型を用いて板曲げを行うにあたり、板材の材質が異なると曲げ特性も異なるため、夫々に最適な曲げ条件も異なる。例えばステンレス鋼板をプレス曲げ加工する場合、その代表的鋼種であるＳＵＳ３０４とＳＵＳ４３０では大きな特性の違いがある。スプリングバックの問題であれば、同じ型を用いてプレス曲げ加工すると、曲げ半径が小さい場合は、ＳＵＳ４３０の方がＳＵＳ３０４よりスプリングバックが小さく、例えば成形された曲げ角度が小さくなる。これは、両材料の加工特性の違いによるものであり、ＳＵＳ３０４は加工歪みの増大に伴う材料強度の増大（加工硬化）が非常に大きく、ＳＵＳ４３０の場合はそれがＳＵＳ３０４ほど大きくないことに原因がある。

このような材料特性の違いによる曲げ特性の違いに対応するには、ＳＵＳ３０４の曲げ型ではスプリングバックをより多く見込む必要がある。即ち、型の角度θをより小さくする必要がある。一方、ＳＵＳ４３０の場合はスプリングバックの見込み量は少なくてよく、型の角度θはＳＵＳ３０４の場合より大きくなる（但し、製品角度よりは小さい）。このように材料が変わると型を変えなければならないというのは、同じ形状で材質の異なる製品を作ろうとした場合は不便であり、型費などのコストも増大する。そこで、前述したように、本発明者等は、前記特許文献に記載されるプレス加工方法を提案し、材質が異なっても同一型で曲げプレス加工して同じ形状の製品を製造できるようにした。

しかしながら、前述した底付きを多用する曲げや曲げ角度が９０°以上になる場合、或いは曲げ角度が１８０°であるはぜ折りなどの場合、また別の問題が発生する。特に、それはＳＵＳ４３０や、その類型の鋼種である、所謂フェライト系ステンレス鋼板の場合に顕著である。図７は、同じ曲げプレス型を用いてＳＵＳ３０４鋼板とＳＵＳ４３０鋼板をＶ曲げ加工した場合の曲げ部の拡大図であり、図７ａがＳＵＳ３０４鋼板を、図７ｂがＳＵＳ４３０鋼板を示している。何れも厚さ２．０ｍｍの板材１を、板厚中心で所定の曲げ半径２．０ｍｍに曲げる加工において、曲げ部内側の型の角Ｒを０．２ｍｍと小さくして底付きし、１１０°の曲げ加工を施したものであるが、図７ａに示すＳＵＳ３０４の場合は、内側の型の角Ｒが十分転写されずに、それより大きな曲げ部内側半径となったのに対し、図７ｂに示すＳＵＳ４３０の場合は、ほぼ内側の型に沿った曲げ形状となった。しかし、その曲げ部内側面を詳細に観察すると、しわ（折れこみ）が発生していることが判明した。このように折れこみがある場合、外観的には問題がないが、曲げ部が曲げ戻しされるような力を受けた場合、強度的な問題が生じることが分かった。また、このような製品が屋外で使用される場合などに、曲げ部内側面に水滴が付着すると、折れこみ部に水が浸入し、隙間腐食を起こしやすいことも判明した。

図８は、はぜ折りの一般的なプレス加工工程図である。この一般的なプレス加工工程は、前記本実施形態の図１のプレス加工工程に類似しており、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。この一般的なはぜ折りプレス加工工程では、第２工程の鋭角曲げ加工で、鋭角曲げ内型が使用されていない。この一般的なはぜ折りプレス加工工程でも、第１工程で９０°曲げによって板材１の端部を垂直に起こし、次の第２工程では角度付き曲げ型２１で板材１の端部を約６０°の鋭角に折り曲げ、次の第３工程で平打ちを行って端部を約１８０°に曲げ潰す。このはぜ折りでも、前記鋭角曲げと同様に、ＳＵＳ４３０の曲げ部内側面には折れこみが生じ、強度面や腐食面で問題が生じやすい。

ＳＵＳ４３０は、前述したように、フェライト系ステンレス鋼板の代表鋼種である。このＳＵＳ４３０の板材１を用いて、前記図２に示すＶ曲げ加工を行う。加工には、板厚１ｍｍと２ｍｍのＳＵＳ４３０鋼板を用い、図１ｂでいう鋭角曲げ内型２３の角Ｒ並びに前記曲げ角度θを種々に変更し、製品の曲げ部内側面の品質を確認した。表１に、その結果を示す。

表１によれば、曲げ角度に係わらず、板厚１．０ｍｍの場合は、曲げ内型の角Ｒが０．２５ｍｍであれば折れこみは発生せず、それより小さい角Ｒでは折れこみが発生することが分かる。また、板厚２．０ｍｍの場合は、曲げ内型の角Ｒが０．５ｍｍか、それより大きい０．７５ｍｍであれば折れこみは発生せず、角Ｒが０．３５ｍｍでは折れこみが発生している。折れこみが発生するかしないかの境界は、板厚に対する内型の角Ｒの比が０．２５以上であれば、折れこみは発生しないことになる。なお、折れこみの発生原因は、板表面が加工変形中に結晶粒単位で凹凸を生じ、これが型の押し圧力で折れ重なって折れこみに到ったものである。

この曲げ特性は、材料の種類によって異なると考えられる。そこで、ＳＵＳ４３０と同種のフェライト系ステンレス鋼板であるＳＵＳ４３６Ｌと、オーステナイト系ステンレス鋼板であるＳＵＳ３０４について、同様に試験を行った。ＳＵＳ４３６Ｌの試験の結果を表２に、ＳＵＳ３０４の試験の結果を表３に示す。

表２から分かるように、曲げ部内側面の折れこみの有無は、内型の角Ｒが板厚の０．２５倍のときに発生せず、それより小さい場合に発生する。これはＳＵＳ４３０の場合と全く同じである。ＳＵＳ４３６ＬとＳＵＳ４３０を比較すると、両者に成分の違い（Ｃｒ、Ｍｏ）があるが、材料の降伏強度はほぼ同等で、加工硬化特性もほぼ同等である。また、結晶粒の大きさも大差がない。このように、同じフェライト系ステンレス鋼板であれば、ほぼ同じ曲げ特性を示すので、それらは同じ角Ｒを有する内型で、曲げ部内側面の折れこみなく、同様に曲げ加工することが可能である。

一方、オーステナイト系ステンレス鋼板であるＳＵＳ３０４では、表３に示すように、角Ｒの小さい内型を用いても、曲げ部内側面に折れこみは全く発生しなかった。これは、ＳＵＳ３０４の場合、加工硬化が非常に大きいことに由来する。即ち、ＳＵＳ３０４の場合は、一度歪みの入った部分は硬化して更なる歪みが入りにくいため、変形歪みが広い範囲に分散する。よって、曲げ加工においても曲げ部内側面が自然に大きなＲ形状を保っており、折れこみが発生しにくい。従って、折れこみの問題は、オーステナイト系ステンレス鋼板と比べた場合に、フェライト系ステンレス鋼板に特に顕著な問題であり、従って本実施形態はフェライト系ステンレス鋼板を曲げ加工する場合に有用な技術であり、他のフェライト系ステンレス鋼板にも同様に適用できる技術である。

次に、前記図１に示す工程ではぜ折り加工を行った実施例を示す。試験は、フェライト系ステンレス鋼板であるＳＵＳ４３０の板材を用い、第１工程の直角曲げ内型１１の角ＲであるＲ１、第２工程の鋭角曲げ内型２３の角ＲであるＲ２を種々に変化させ、第１工程後、第２工程後の夫々で、曲げ部内側面に折れこみが発生しているか否かを確認した。結果を表４に示す。

表４から分かることは、第１工程、第２工程の内型の角Ｒを板厚の０．２５倍以上とすることにより、最終の１８０°曲げ時においても曲げ部内側面の折れこみを防止できることである。また、表４のＮｏ．３のように、第１工程の内型の角Ｒを大きくしても、第２工程の内型の角Ｒが小さい場合や、前記図８の従来のはぜ折り工程のように、第２工程で内型を使用しないＮｏ．４、Ｎｏ．１２の場合は、第２工程で折れこみが発生する。従って、本実施形態では、第１工程及び第２工程で使用する内型の角Ｒを板厚の０．２５倍以上とすることで、はぜ折り加工工程での折れこみの発生を防止することができる。

しかしながら、更に注意すべきことは、内型の角Ｒが板厚の０．２５倍以上であればいくら大きくてもよいというわけではないことである。表４のＮｏ．９或いはＮｏ．１６を見ると分かるように、内型の角Ｒが大き過ぎる場合、第２工程後までは折れこみがないが、最終工程では折れこみが発生する。最終工程で折れこみが発生しないためには、第１工程及び第２工程の内型の角Ｒを板厚の０．７５倍以下としなければならない。

前記図１のはぜ折り加工工程における内型の角Ｒの特性を図９にまとめた。まず、図９ａに示すように、第１工程及び第２工程の内型の角Ｒが板厚の０．２５倍より小さいとき、第１工程から曲げ部内側面に折れこみが発生し、一度発生した折れこみは最終工程までなくなることはなく、むしろ拡大する。
次に、図９ｂに示すように、第１工程及び第２工程の内型の角Ｒが板厚の０．２５倍以上０．７５倍以下である場合には、第１工程後も、第２工程後も曲げ部内側面に折れこみは発生しない。そして、最終工程である第３工程では、内側には型はないのであるが、平押し工程において曲げ部内側の折れこみは発達せず、最終的にも折れこみのない状態が得られている。図では、曲げ部内側面はやや鋭角に曲がった状態であるが、折れこみは観察されていない。このように第３工程で曲げ部内側に支えがなくても折れこみに到らない理由は、第１工程及び第２工程で板材の曲げ部内側部分に適切な歪みが入り、即ち適切な加工硬化が発生しており、第３工程での平押し工程において曲げ部内側に入る歪みを適切に軽減することによって実現したものと考えられる。

次に、図９ｃに示すように、第１工程及び第２工程の内型の角Ｒが板厚の０．７５倍より大きい場合には、第１工程、第２工程では、勿論、曲げ部内側面に折れこみは発生しないのであるが、第３工程の平押し工程で折れこみが発生してしまっている。この理由は、第１工程及び第２工程での曲げＲが大きいため、板材の曲げ部内側部分に十分な歪みが生じておらず、よって十分な加工硬化が発生していないことになる。即ち、最終工程のはぜ折り工程前に十分な加工硬化がないため、大きな角度で曲げ加工すると歪みが曲げ部内側部分に集中し、折れこみに到るのである。

前記実施形態では、フェライト系ステンレス鋼板としてＳＵＳ４３０を用いた例を示したが、その他の鋼種を用いても、フェライト系ステンレス鋼板であれば、その特性は大きくは変わらないので、本実施形態のプレス板曲げ加工方法を適用することができる。なお、前述したように、はぜ折り加工工程では、３つの工程に限らず、それ以上の加工工程数としてもよい。

１は板材、１１は直角曲げ内型、１２は直角曲げ外型、２１は角度付き曲げ型、２２は鋭角曲げ外型、２３は鋭角曲げ内型、３１は平押し型、３２ははぜ折り外型

Claims (2)

1. フェライト系ステンレス鋼板を用いて９０°以上のプレス板曲げ加工を行うにあたり、曲げ部内側の工具の曲げ部角Ｒ半径を、被加工材の板厚の０．２５倍以上として板曲げ加工を行うことを特徴とするプレス板曲げ加工方法。
2. フェライト系ステンレス鋼板を用いて１８０°の板折り曲げ加工を３段階以上のプレス板曲げ加工にて行うにあたり、第１段階の９０°板曲げ加工工程及び第２段階の９０°以上の鋭角板曲げ加工工程で、曲げ部内側の工具の曲げ部角Ｒ半径を、被加工材の板厚の０．２５倍以上０．７５倍以下として板曲げ加工を行い、最終プレスで曲げ部内側の工具無しに１８０°の板折り曲げ加工を行うことを特徴とするプレス板曲げ加工方法。

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