板金の曲げに対する粒子方向の影響

プレス ブレーキのオペレーターが材料の木目に沿って小さな半径で曲げる場合、つまり、曲げ線が材料の木目の方向と平行に延びる場合、亀裂に注意する必要があります。 ゲッティイメージズ

質問: あなたの以前の記事では、木目の方向に「合わせて」成形すると亀裂が現れると示唆されています。 言葉遣いに混乱してしまうかも知れません。 これは、木目が曲げ線に対して垂直または平行に走っていることを意味しますか?

私は厚さ 0.060 インチの 3003 H14 アルミニウムを曲げているため (図 1 を参照)、このテーマについて調査していました。工具製造者は、工具の作業が容易になるため、木目と平行に曲げを設計するよう私に求めてきました。 私はこのアイデアに夢中ではありませんが、大丈夫だと思います。 また、これはプレス ブレーキではなく、コイル供給スタンピング プレスで行われるオフセット ベンドであることにも注意してください。ただし、金属成形の基本の少なくとも一部は当てはまると思います。 このトピックに関するさらなるご指導をいただければ幸いです。

回答: このトピックをさらに掘り下げる前に、言葉遣いについてのコメントから始めたいと思います。 言葉遣いをめぐる混乱は、私たちの業界が直面している最大の問題の 1 つです。 この言葉は、教室で学習している場合でも、仕事でプロジェクトについて話し合っている場合でも当てはまります。

業界固有の用語で置き換え可能なものはほとんどありません。 ある人の曲げ許容量が別の人の K ファクターになることはあり得ませんし、K ファクターは曲げの控除ではありません。ただし、これがまさに当てはまっているショップを訪問します。 これらの用語には正確な意味と用途があるため、これらの用語を誤って使用すると、複雑なアイデアの伝達が複雑になり、高品質の部品を作成することがはるかに困難になります。 用語の誤用は、多くの場合、修正するのが残酷であり、なぜその用語をそのように使用するのかについては、誰もが同じ反応を示すでしょう。それは、私がそうやって学んだからです。

全員が同じ認識を持ち、用語を正しく使用できるように、関連するすべての定義を記載した単純な積層壁図または配布資料を投稿することをお勧めします。 以下に含めることができるものをいくつか示します。

これらは関連する定義のほんの一部にすぎません。 他にもあります。 それにもかかわらず、誰もが言語を正しく使用している場合、それはわかります。

さて、本題に戻ります。木目の方向と曲げ線の関係です。 これまでの記事では、図 1 に示すように、曲げ線が木目の方向に平行である場合に「木目に沿った曲げ」を使用しました。木目に対して「横切る」または「横切る」曲げとは、曲げ線が木目に対して垂直に延びる場合です。これにより、曲げが強くなり、亀裂が入りにくくなります (図 2 を参照)。

木目に平行に曲げると、木目に逆らったり横断したりする曲げ線よりも弱い曲げが作成されます。 また、曲げの外側半径は、木目方向に平行に曲げると亀裂が発生しやすくなります。 木目方向に平行に曲げるときの内側半径が小さいほど、亀裂が発生する可能性が高くなり、亀裂がより深刻になる可能性があります。 より大きな曲げ半径を使用すると、これらの問題を防ぐことができます。

曲げ線が木目を横切る場合、材料を曲げるにはより大きな力が必要ですが、同じ木目を横切る曲げでも、はるかに小さい内側の曲げ半径を維持できます。 また、材料粒子に対する曲げ線の向きに応じて、曲げごとに溶け込み深さが変化する可能性があります。

すべての材料に木目の方向があるわけではありません。 銅には粒子がありません。 熱間圧延酸洗い油漬け (HRP&O) にもいくつかあります。 また、軟冷間圧延鋼では、木目が非常に顕著になることがあります。 ステンレス鋼は硬く、結晶粒と結晶方向を定義することが不可能な場合があります。 曲げ角度に影響を与える粒子方向を持つ材料は、異方性があるとみなされます。 この特性を持たない材料は等方性であるとみなされます。

図 1. 木目を使った曲げ (つまり、曲げ線が木目の方向と平行に伸びている) では、亀裂が発生する可能性が高くなります。

亀裂を軽減する最良の方法の 1 つは、内側の曲げ半径を材料の厚さにできるだけ近づけることです。 つまり、内側の曲げ半径と材料の厚さの比率を可能な限り 1 対 1 の関係に近づけます。 半径が小さいと、曲げの周囲で材料がしっかりと引っ張られるため、粒子が引き離され、亀裂として現れます。 曲げ半径が材料の厚さよりも大きい場合、亀裂が発生することはほとんどありません。 場合によっては、外側の半径を過度に伸ばしたり伸ばしたりすると、粒子が引き離されることがあります。 通常、これは延性の低い材料や、T-6 アルミニウムなどの高温の材料で見られます。 それにもかかわらず、このような亀裂は一般的ではありません。

木目に沿って曲げる必要があり、それでも亀裂が問題になる場合は、材料を焼きなました状態で使用し、必要に応じて焼き戻しを行うことができる場合があります。 たとえば、柔らかいアルミニウムを成形し、T-6 状態に焼き戻すことができます。

作成している曲げの種類も考慮してください。 オフセットベンドは、ツーリングがセンターフランジを拘束するため、最初は厄介な作業です。 この制約により、曲げの伸びが他の場所、特に 2 つの外側のフランジに移動します。 この伸びの変化により、寸法の予測が困難になります。 このようなオフセットは、曲げ半径が小さい場合にも最適に機能し、亀裂の問題がさらに増大します。

この部品をコイル供給スタンピング プレスで成形している場合は、おそらく底付き状態になるため (スタンピング プロセスはエア フォーミングに適していないため)、エア フォーミング方法で亀裂を軽減するオプションは利用できません。 ただし、ダイセットにわずかな角度のクリアランスを追加すると、ベンド フランジ間の平行度を維持するのに役立ちます。 材料の種類とその材料固有のスプリングバックの量に応じて、わずか 1 ～ 2 度で十分です。 材料の厚さと内側の曲げ半径の間に 1 対 1 の関係があるため、フランジの平行度を維持するのに役立ちます。

粒子のサイズも降伏強度に大きく影響します。 粒子が小さい材料は、粒子の分離や亀裂が発生しにくく、降伏強度が高いため、たとえ高価であっても、より高品質の材料を購入するのに適しています。 それにもかかわらず、余分な材料費は、廃棄材料の削減と低品質との戦いによる労働力の節約によって簡単にカバーされます。

粒界はまた、いわゆる転位の動きを妨げることにより、粒の分離や亀裂にも役割を果たします。 粒子が小さくなるほど、境界の総面積が大きくなり、破壊がより顕著になり、降伏強度がより堅牢で安定します。

このトピックの詳細については、「板金曲げにおける材料粒子サイズの重要性」、「金属粒子サイズが曲げ加工に与える影響」、「プレス ブレーキにおける材料粒子の考慮事項」などの私の過去のコラムを参照してください。 thefabricator.com の検索バーに入力できます。

スタンピングはプレス ブレーキでの成形とは確かに異なりますが、粒子の剥離や曲げの外側の亀裂など、多くの共通点があります。 多くの場合、木目に沿って曲げる以外に選択肢はありませんが、木目に合わせて成形することによる悪影響を最小限に抑えるためにできることはたくさんあります。

図 2. 木目を横切って曲げると (つまり、木目の方向が曲げに対して垂直に延びる場合)、曲げが強くなり、亀裂が入りにくくなります。