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曲げ加工力の算出方法への疑問
2023/10/19 07:39
- 曲げ加工における加工力について疑問がある
- 加工力の正確な算出には材料の加工硬化指数が必要
- 回答者の計算方法には違いがあり、荷重急増やL寸法の考慮の違いが見られる
曲げ加工力の算出方法への疑問
2014/10/26 11:32
No.42907「薄板のＬ字曲げに必要なトルクの算出について」の質疑に関して、疑問があるので質問します。
最初に、実際の曲げ加工における加工力はどうなっているのか。文献(a)の図2がSPCCのV曲げ加工での荷重線の実例です。荷重線の開始点から(?)までは自由3点曲げの領域で、曲げ応力から算出できる荷重値レベルです。それ以降で荷重は急激に増加し、Vダイスに押し付ける加工の領域です。これについてはNo.42907の回答(5)引用サイトにも「底付き(ボトミング)。自由曲げの約4倍の荷重を要する」と書かれています。
つまり自由曲げは別にして、ダイス形状や曲げRを転写するような曲げ加工では、最終段階で荷重が急増します。この荷重(加工力)を正確に算出するには、文献(a)にあるように材料の加工硬化指数が必要ですが、通常はそこまではせずに、簡単な式で「推定」しているはずです。それが回答(5)引用サイトの式になります。
この式と自由曲げ応力の算出式との違いは、比例定数が、2/3からC1(1.24～1.33)(なおミスミ講座では1.2～1.5)に変更され、荷重が1.8～2.3倍に増加します。なお回答(5)引用サイトでは「約4倍」としています。
さてNo.42907のベテラン諸氏の回答は、計算方法には違いがあるものの、全て材料力学からの計算、つまり自由曲げでの荷重計算になっているように思います。ただ回答(5)では「ゲタ乗せとして2倍」を用いていますが、これが上記の荷重急増に配慮しているようには読めません。また回答(7)は曲げ内径Rを転写することを考慮していますが、荷重としては自由曲げ領域と同じです。
もう一つの問題は、回答(5)引用サイトの計算式の分母であるL(V曲げダイスの肩間距離)が考慮されていないことです、荷重はLに反比例するのですから、これを無視しては計算できません。質問(追記を含めて)にも、Lに相当する寸法が記されていません。
小生の理解は間違っているでしょうか。
訂正。文献(a)の読み込みが足りませんでした。
加工最終段階で荷重が急増する理由は、加工硬化とは無関係でした。
3点曲げでのL寸法(支点間距離)が、当初のダイ肩間距離から、V型内側の先端近傍(ダイ肩間距離よりもずっと小さい)に移動すること、さらに最終期には、加工板先端外側だけではなく先端近くの内側にも引張変形域が発生するためでした(2頁目に説明あり)。
文献(a)
回答(5)引用サイト
ミスミ講座
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sosei/50/580/50_580_399/_pdf
http://blogs.yahoo.co.jp/metal_stamping_basics/21876236.html
http://koza.misumi.jp/press/2004/01/166_3.html
回答 （6件中 6～6件目)
回答(5)では「ゲタ乗せとして2倍」を用いていますが、
これが上記の荷重急増に配慮しているようには読めません。
頭の中には加工硬化もありましたが考慮外。
そもそも弾性域での式を塑性域に延長してしまうのは無茶ながら、中立線が移動することをメインに実際の手感覚と併せ推定した値です。
それが回答(7)の<1810Kgf･mmの仕事>が私の算とソコソコ合うのも不思議。
以上、取り急ぎ
V曲げは一旦U形に曲がったのち中央を叩きコイニングし、U形の円弧も逆方向に伸し真っ直ぐにする複雑な挙動。
・底突き（ボトミング）： 自由曲げに要する荷重の約４倍の荷重を要する。
・コイニング：自由曲げに対して５から１０倍の高い荷重を要する。
回転曲げはそこまで踏込まない素直な曲げで始めから終わりまで ＜ 荷重急増 ＞ は無いに近い。
それ即ち引張試験と同じようなことになり加工硬化は引張強さに込められていると思います。
>回答(5)引用サイトの計算式の分母であるL(V曲げダイスの肩間距離)が考慮されていないことです
V曲げは全く考慮外で、L曲げなので型にL寸はありません。
ミスプリの式でいけます。P＝C／3・B・t・Ts（Kgf）
回転曲げの結果からL曲げに転換するには、1mm離れた肩を押すと考えるとトルク⇒加工力に値そのままで単位変わるだけ。
回転曲げは板を抑えねばならず、手曲げではねじクランプで済むが、機械化するならエアシリンダなど必要で、全体としては複雑。
なのでプレス加工は全箇所同時にL曲げ。V曲げはブレーキ曲げで殆どが手作業。
質問者はそれを安易に考えてます。結構大きなサイズなので絡む問題も。
実際の金型は上下が板厚分だけ離れてかみ合うから、本件では0.8。それを1としたのはまあ妥当と思います。
上型のRが大きければ板を素直に押し込むが、小さければ叩いて無理をしつつ押し込む。Rが大きいのは上記の離れてかみ合うことに相当。
また下型のRは曲げの内Rを決定し機能面でなるたけ小さくしたいが、曲げる際に無理が掛かる。そういう違いと思います。
たしかに二乗ではディメンジョンが合いませんね。データとのフィットはいずれとも言えないと思いますが。
http://nptel.ac.in/courses/112107144/Metal%20Forming%20&%20Powder%20metallurgy/lecture6/lecture6.htm
V曲げとL曲げを統一して扱う式もあるようです。
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お礼
2014/10/29 11:57
ありがとうございます。
小生も、投稿した後に、当初の質問をV字曲げで考えるのは違うなと気付きました。
ただ、L字曲げとして扱えるとしても、何mm離れた肩を押すかにより曲げ加工力が異なるはずだと思い、そのままにしていました。
L曲げの荷重変化曲線は見つけていませんが、最初の荷重は曲げ位置から何mm離れた肩を押すかにより異なり、最終のダイス垂直面に押し付ける段階で荷重が増加するような気がしますが、いかがでしようか。
当初質問(No.42907)の回答(5)引用サイトの式で言うと、上型のRが大きい時は素直に曲げるのでC2=0.33、小さい時は無理やり押し込むのでC=0.67となり、加工力は2倍程度違うということですかね。
なお上記式では厚さtに二乗が付き、ミスミ講座では付いていない点。単位次元からはミスミ講座の方が正しいことになります。加工力=C×断面積×強度となり、加工力は破断力に比例する事になります。つまりL字曲げとは、曲げと言うよりも、狭い曲げ部を強力に引張る加工になっていることを示唆しているようにも思います。
L字曲げの荷重曲線が見つかれば判ることなので、今後の宿題としたいと思います。