金属の曲げ加工に必要な力の計算について
- 金属の曲げ加工には、板厚や板幅の他に降伏点や引張強さが必要な要素です。
- 一般的には、プレスV曲げにおいては材料の引張強さが使用されます。
- 降伏点は素材が塑性変形し始める時の力であり、曲げるのに必要な力を計算する際に使用することは自然ですが、なぜプレスV曲げでは引張強さが使用されるのか疑問です。
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金属の曲げ加工に必要な力の計算について
初めまして、お世話になります。 今まで職人的なカンに頼ってきたことをきちんと勉強し直そうと思っている者です。何卒よろしくお願い致します。 早速ですが金属の曲げ加工についての質問です。 弊社が所有しているロール曲げ機の付属ソフトでは、板厚や板幅の他、降伏点を入力して曲げに必要な力を計算するようになっております。 一方で、一般的にプレスによるV曲げ加工に必要な力の計算には材料の引張強さが使用されることを知りました。 例：http://koza.misumi.jp/press/2004/01/166_3.html 回転を無視すれば、ロール曲げ（3本ロール）もプレスV曲げも原理は変わらないと思います。 降伏点は素材が塑性変形し始める時の力なので、曲げるのに必要な力を計算するには降伏点を使う方が自然な気がするのですが、なぜプレスV曲げの計算には降伏点ではなく引張強さが使われるのでしょうか？ （なぜ破断に必要な力を使うのでしょうか？） 初歩的な質問で大変恐れ入りますが、何卒ご教示の程よろしくお願い致します。
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回答(1)引用URL「応力ひずみ線図」や回答(2)図9.3にあるように、降伏点での伸びよりも引張強さでの伸びの方がずっと大きい。 つまり材料をどのくらい変形させるかによって、変形に必要な力も変わってくる。 ロール曲げ加工では曲げ内径(直径)は最小でも板厚の10倍で、加工時の材料の最大の変形量は10%以下。これは材料の引張強さでの伸びよりもずっと小さい。このため変形力の計算には降伏点を使用する。 V字曲げの最大変形量はロール曲げよりもずっと大きく、曲げ外周では均一伸びの限界に近い考えられる。そのため変形力の計算には引張強度を使用する。 「なぜ破断に必要な力を使うのでしょうか？」 伸びの大きい材料の引張強さは破断時の応力ではなく、ネッキングが起こる直前の最大の均一変形を起こすのに必要な応力と考えれば判り易い。
私も回答（５）さん指摘の如く抜き加工から勉強したら如何でしょうか。 鉄板等々引っ張り強度はﾃﾞｰﾀがありますがせん断荷重については？ではないでしょうか。 薄板の場合は引っ張り荷重、厚板の場合は８０％を使えとあります。 Pressの余裕率は幾らで見るか。 例えば打ち抜き荷重１００Tonsの場合１００TonsのPressは使いません。 曲げ加工の場合 曲げ部全面べた当たり、部分当たり、ダイクッション使用で Press荷重は異なります。
お礼
ご回答ありがとうございました。
〇降伏点は素材が塑性変形し始める時の力なので、曲げるのに必要な力を計算するには降伏点を使う方が自然な気がするのですが、なぜプレスV曲げの計算には降伏点ではなく引張強さが使われるのでしょうか？ （なぜ破断に必要な力を使うのでしょうか？） 私の経験だけでお答えします。 まず、考えなくてはいけないのは、鉄板をプレス加工するときは 「曲げ」のほかに「抜き」とういのもあることを忘れてはいけません。 基本的にはまず最初は切断から始まると思います。 それから曲げ（成形）です。 ですので、基準を切断（引っ張り）にしたほうが、何かと都合がいいように おもいませんか？ 同時に鉄板の抜き（切断）の勉強をすることをおすすめします。 （一般的なプレス金型の本の初めは大体ですが、抜きが初めに 説明してあって、その後に曲げの説明があるとおもいますが・・） 参考になれば幸いです。
お礼
ご回答ありがとうございました。
果たして加工に要する最小動力を計算する必要が有るのか？ 話はぶっ飛ぶけど プレス加工でなくフライス加工の事例として フライスの主軸モータには３０ｋｗとか付いてます 大径正面フライスでガリガリ削れば３０ｋｗ近い消費電力は掛かるけど 小径エンドミルで削るならそんな大きなモータは要りません じゃあ小径エンドミル加工する場合に主軸モータを小型モータに換装するのか？ 普通はモータ交換なんてイチイチやりません 大は小を兼ねる ３０ｋｗモータで小径エンドミル加工したら何かが壊れるのか？ 何も壊れません プレス加工でもやはり同様 最大加工能力が問題なのであって、最小能力はどーでもエー事です 最大曲げ板厚３０ｍｍのプレス機だったとして １ｍｍの板を曲げたらどこか壊れるのか？ 憶測ですが ＞弊社が所有しているロール曲げ機の付属ソフトでは このソフトの目的はその機械で加工可能かどうかを判断するんじゃあないですか？ 加工に要する正確な動力値を求めてもあまり意味は無いでしょう
お礼
ご回答ありがとうございました。
降伏点は塑性変形直前のジリジリとした挙動をする点で、軟鋼に限って観察できるが、加工硬化した冷間圧延鋼（SPCC）や硬鋼、SUS、非鉄では現われず、0.2%耐力、つまりそれだけ永久変形する値で代える。 http://jikosoft.com/cae/engineering/strmat08.html 降伏点は材料を限定すると引張強さの何%という関係にあるので、いずれを使っても構わないという話です。 引張強さと降伏点の関係 http://www.toishi.info/metal/ten.html 鉄鋼材料に限った話となりますが、降伏点は引張強さの約５０％前後 （熱処理していない生材の場合）、 熱処理した鉄鋼材の場合は引張強さの約８０％前後（焼きのよく入るものであれば約９０％） となります。引張強さと降伏点にはこのように材料によって一定の関係があります。 引張強さは現象面からも適当とは言えないと思います。 私が此処でよく批判する材力計算の 『安全率、参ったかの18倍カレー』 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=183923&event=QE0004 変化する荷重或いは衝撃の条件では、安全率が12となっています。 しかし、小生は前述の（1/3 × 1/3 × 1/2 ＝ 1/18）18を安全率として計算をしています。 これも引張強さを使うが、降伏点、0.2%耐力の方がまだ妥当。 百年前の学問進化前ににﾅﾝﾄｶ教授が示した理論を信奉するお方がエバって出てくる!! 現代的方法は疲れ強さの２倍とか。応力解析の精度か上がれば更に低倍率でよい。 プレスでいえば、打抜力計算には引張り強さが妥当なので、曲げもひっくるめた話にしてしまう面もあるのでしょう。 シミュレーションでは塑性変形を扱う弾塑性解析になります。 塑性変形を始める降伏点だけでなく破断に至るまでのデータが必要、かつ最初の方ほど影響大で最後の引張強さは付け足し程度。 ロール曲げはより強調され降伏点近傍のみ必要となるでしょう。 シミュレーションを活用した塑性加工・せん断加工の高度化に関する調査 http://slideshowjp.com/doc/1454553/21-%E3%82%B7%E3%83%9F%E3%83%A5%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%B3%E3%82%92%E6%B4%BB%E7%94%A8%E3%81%97%E3%81%9F%E5%A1%91%E6%80%A7%E5%8A%A0%E5%B7%A5%E3%83%BB%E3%81%9B%E3%82%93%E6%96%AD%E5%8A%A0%E5%B7%A5%E3%81%AE%E9%AB%98%E5%BA%A6%E5%8C%96%E3%81%AB%E9%96%A2%E3%81%99%E3%82%8B%E8%AA%BF%E6%9F%BB 鍛造加工シミュレーション http://www.nichidai.jp/business/pdf/kenkyu_report01.pdf
お礼
ご回答ありがとうございました。 ご回答ありがとうございました。
ご存知と思いますが、ミスミ講座の資料を先ず参照ください。 そして、応力ひずみ線図を参照ください。 降伏点でのひずみには限界があり、引張強さが破断するまでひずむ（伸びる）力です。 降伏点 ＜ 引張強さ だからです。 伸びに対しては、SPCCやSPCD、SPCEと％表示で、材料毎に変わりますが、降伏点 ＜ 引張強さ の関係は変わらないので、その値を使用します。 破断するや割れに関しては、油を塗ったり、型形状を見直したり、材料を変更したりしますが、 降伏点を使用すると、それ以前に加工が進まず、STOPすることになるからです。 iwanaiこと岩魚内記載の > 引張強さは現象面からも適当とは言えないと思います。 って、適当過ぎる記載。 小生は、本文の理由により、質問者さんが記載している降伏点よりは引張強さの方が 何かを基準にするなら適当な強さ（kgf/mm2）と記載している。 それと、余裕値はプレスにしろ、曲げにしろ、算出値に対して考慮するが王道です。 計算値内の引張強さ等に**倍カレーを掛けると、レシピーがグジャグジャとなり、 訳解らない数値（味）となるので、無意味な議論。
お礼
ご回答ありがとうございました。
ご指摘のとおり、塑性変形に関する事柄を定量化するには、降伏点を使う方 が理屈にかなっていると思います。 その一方で、一般的な鋼材では、降伏点の数値が明確になっていないで、 引張強さ（の最低値）だけが規格化されている場合が多いと思います。 降伏点と引張強さとには、ある程度相間がありますから、引張強を使った 方法の方が、確実に数値化できるということと思います。
お礼
わかりやすいご説明をありがとうございました。
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