冷間曲げ成形工程における問題点

冷間成形工程は「芸術」とも呼ばれ、その製品は様々な分野で広く利用されています。現在、業界の専門家の中には、冷間成形に関する深い理論的研究を行っている者もおり、また、成形工程のコンピュータシミュレーションを実施し、一定の成果を上げている研究者もいます。しかし、冷間曲げ成形工程は非常に複雑なプロセスであり、設計と製造において解決すべき課題が依然として多く、これらの問題はデバッグや製造工程で頻繁に発見されます。

広幅断面板材の成形を例に挙げると、設計が合理的でない場合、デバッグ工程において、エッジ波、バッグ波、縦曲がり、角折れ、割れ、歪みなどの変形欠陥が発生します。問題発生後の加工ロールの再設計は、必然的に人的資源と物的資源の大きな浪費につながります。これらの欠陥の発生メカニズムを理解し、設計工程においてこれらの欠陥を回避するか、あるいは欠陥発生後にロール本来の合理的な改良に基づき、これらの欠陥を低減、あるいは完全に排除することで、ロール設計の目的を達成することができます。

以下は、冷間曲げ成形の実際の操作における問題の原因と簡単な分析です。

1. 袋波の発生は主に板の曲げ加工時に発生する横方向の引張応力と横方向の歪みによるもので、板の厚さ方向の歪みは比較的小さいため、材料の変形のポアソン関係によれば、変形が集中する部分では縦方向の変形に沿って収縮することが避けられません。本実験では、この現象は主に 4 つの変形角度で発生するため、縦方向に収縮した部分が中央の板に圧縮力を及ぼし、力の作用により一部の領域で不安定性が生じて袋状の膨らみが発生します。これはしばしば袋状波と呼ばれます。袋波は主に弾性変形です。

2. エッジ波（以下、エッジ波）はポケット波よりも一般的な欠陥の一種で、主に2種類の合成効果を生み出します。1つ目は、ポケット波の前面と同じで、メカニズムは、横方向の引張応力によって材料の断面が曲がる部分に横方向の引張歪みが生じ、厚さ方向の歪みは大きくないため、ポアソン分布の関係により縦方向の収縮が現れ、エッジの圧縮応力によってエッジ波が生成されます。2つ目は、エッジの材料が最初に外力の作用下で伸張して剪断され、その後再び圧縮されて剪断されるため、塑性変形が発生し、エッジ波が発生します。これらの2つの効果が加算されてサイド波が形成されます。

3. 縦曲げの原因は様々ですが、最も重要な原因の 1 つは、側面を曲げるときにセクションのエッジが張力の影響を受け、縦方向に沿ってセクション全体を長くしようとしますが、張力では剛性セクション全体を伸ばすのに十分ではなく、圧延ワークピースの先端が上または下に曲がる現象が発生することです。

分析と解決策:

1. 前方および後方の軌道は、中間軌道よりも袋状波への影響が大きく、特に後方軌道は袋状波の発生を抑制します。成形経路を増やすことで、袋状波の発生を抑えることができます。断面縁幅も袋状波に一定の影響を与えます。設計においては、F<250t²/(W-88t)の関係式を参照することができます。薄板は厚板よりも袋状波が発生しやすいため、シートに張力をかけることで袋状波の発生を抑制できます。

2. エッジ波はすべてのチャネルで発生する可能性があり、前のチャネルはエッジ波の出現に大きな影響を与えます。薄い板は厚い板よりもエッジ波が発生しやすく、幅の広い板はエッジ波が発生しやすくなります。エッジ波を軽減または除去するために、設計の初期段階で断面エッジの幅が大きすぎないように注意する必要があります。設計では、断面エッジ幅と板厚の比率を40に近いかそれ未満にすることをお勧めします。曲げ角度は経験式に従って割り当てることができます。圧延中にエッジ波が発生した場合は、パスの一部を追加することで軽減または除去できます。

3. 後続のトラック数は、縦曲げ加工に大きな影響を与えます。同じ断面とローラー構成の場合、厚板は薄板よりも縦曲げ加工を受けやすい傾向があります。縦曲げ加工を軽減または解消するには、設計において変形の合理的な分布に注意し、後続のいくつかのラインの変形が大きくなりすぎないようにする必要があります。縦曲げ加工は、プリベンディング、パス数の増加、矯正機の使用、ブラケット間隔の変更、ローラーの使用、ローラー間の隙間の調整などによって軽減または解消できます。