曲げ加工の仕組みと種類

曲げ加工とは

曲げ加工は、素材となる金属の板材をパンチ（上側の金型）とダイ（下側の金型）で挟み込み、所定の形状に曲げる技法です。せん断加工と同じく、プレス加工においては大多数の製品で活用される非常にポピュラーかつ重要な技術であり、曲げの形状によってさまざまな細かい技法に分類されます。

曲げ加工の仕組み

素材に型を用いて圧を加え折り曲げる曲げ加工は、一見シンプルな技法に見えますが、実は精密な機械調整や寸法設定が欠かせない高度な技法です。そのメカニズムを知ることで加工の際にも役立つでしょう。

曲げ加工において、金型が素材を変形させる際、素材の片側には引張のひずみ、もう片側には圧縮のひずみが発生し、素材が曲がったり凹凸形状となったりします。また、素材の中心にはひずみが発生せず、表面に近い部分ほどひずみが大きいです。

金型を用いて所定の形状に金属をプレスしても、曲げ加工ではプレスの荷重を解除すると、素材の持つ弾性によって、せっかく曲げられた形状が一定量元に戻ってしまいます（弾性回復）。曲げの外側の引張のひずみ、内側の圧縮のひずみの双方が、このゆがみの原動力です。この現象をスプリングバックと呼ぶのですが、曲げ加工製品の寸法安定の大きな障壁となりえますので、金型製作時に精密な設計が必要となります。

曲げ加工の種類

曲げ加工はどのような技法があるのでしょうか。ひとつひとつ見ていきましょう。

材料を型に固定して曲げ加工を行う技法です。ダイに固定した板材を単純に上からパンチで押しこむ「突き曲げ」、フォールディングマシンを用いて側面からパンチを起こすようにして素材を折り曲げる「迎え巻き上げ」などに大別されます。

型曲げは、その形状によってさまざまな種類があり、それぞれ製品の側面形状から「V字曲げ」「U字曲げ」「L字曲げ」「Z字曲げ」などです。これらの曲げ加工では、できあがり製品の曲げ部分の角度が重要な品質評価基準となるため、前述のようにスプリングバックを加味した精密な機械設計が必要とされます。

「L字曲げ」の発展形で、曲げ線が2次元または3次元的な曲線形状となる曲げ成形を行う技法です。自動車のボディなどの複雑かつ曲線状の湾曲をもつ製品に活用されます。種類は2つあり、曲げ線が内側に湾曲するものは「伸びフランジ成形」、外側に湾曲するものが「縮みフランジ成形」です。単純な直線曲げの加工と異なり、圧縮や引張のひずみのコントロールが難しいので、割れやシワなどの不具合が発生する場合があり、より精密な機械設計を必要とします。

送り曲げでは、材料を型に固定することなく、ラインの中で順次前進しながら連続的に曲げ加工を行っていく技法です。3本のロールを用いて曲げを行う加工を「ロール曲げ」、複数組のロールにコイル状の素材を通し連続的に曲げ加工を行うものを「ロール成形」といいます。大きな半径で単純な円断面を描くものから、より複雑な断面形状の実現まで幅広く活用できる技法です。

手板金による曲げ加工

手板金加工において、手作業で曲げ加工を行うこともできます。

素材となる板材の長さが短い場合では、まず素材を大まかに起こす予備的な曲げを行い、そこから曲げたい角度のブロックなどをあてがってハンマーで打って角度をつけていくのです。または、影タガネを用いて垂直に板を打って予備曲げを行った後、曲がり部分の外角側に当て金を当てて角度を整える技法もあります。

雨樋の成形など、素材の長さが長い場合では、折り台と拍子木を使用して曲げ加工を行うのが一般的です。このとき、全長を一度で曲げると製品の寸法精度が低くなりますので、複数回に分けて緻密な曲げを心がけましょう。