曲げ加工とは？種類やスプリングバック対策について、わかりやすく解説！

曲げ加工とは、金属の板材に力を加えて、塑性変形させることで特定の角度に曲げる加工技術のことです。

金属板を希望の形に曲げる曲げ加工は、製造業において欠かせない技術です。
ただ、加工の難易度や、どのような種類があるのかについて、専門的な知識がないと理解しにくい面もあります。
特に、行政やプラント、大規模工場などの経営層の方々にとっては、自社の製品や設備にどう活かせるのか、その全体像を把握することが重要です。

そこで本記事では、曲げ加工の原理から、主な加工方法の種類、さらには加工時に発生する「スプリングバック」といった課題まで、わかりやすく解説いたします。

曲げ加工とは？

まずは、曲げ加工の基本的な知識を確認しましょう。

曲げ加工の原理

曲げ加工とは、金属の板材に力を加えて、塑性変形させることで特定の角度に曲げる加工技術のことです。

なお、塑性変形とは、力を加えた後にその力を取り除いても、材料が元の形に戻らず、変形した状態を維持する性質を指します。

曲げ加工は、主にプレス機と呼ばれる専用の機械と、パンチ（上金型）およびダイ（下金型）という2つの金型を使用して行われます。

曲げ加工に不可欠なプレスブレーキ

プレスブレーキとは、「曲げ加工」で使われるプレス機の一つです。

曲げ加工を行う上で最も広く使われています。

板金を所定の位置にセットし、上部のパンチを押し下げることで、下部のダイとの間で板金を挟み込み、圧力をかけて曲げます。

プレスブレーキは、高精度な加工が可能であり、自動車部品や建築資材など、多岐にわたる製品の製造に利用されています。

曲げ加工のメリット

曲げ加工には主に次の3つのメリットがあります。

溶接が不要

曲げ加工の最大のメリットは、溶接が不要になることです。

板金を溶接して立体的な構造物を作ると、熱によるひずみや変形が発生することがありますが、曲げ加工を施すことで、この問題を回避できます。

さらに、溶接箇所がなくなることで、製品の軽量化やコスト削減につながります。

たとえば、箱型の製品を作る際、4枚の板を溶接する代わりに、1枚の板を曲げて箱の形に成形し、最後に1か所だけ溶接するといった方法が考えられます。

こうすることで、溶接工数と材料の無駄を削減できるのです。

デザイン性の向上

また、曲げ加工はデザイン性の向上にも貢献します。

複雑な形状や曲線を持つ製品も、精密な加工技術によって実現可能となります。

こうして、機能性だけでなく、視覚的な美しさも兼ね備えた製品を生み出すことができ、市場での競争力強化にもつながります。

生産効率の向上

さらに、曲げ加工は生産効率の向上にも大きく貢献します。

一度プログラムを設定すれば、同じ形状の製品を大量かつ迅速に生産できるため、製造ライン全体の効率化を図ることができます。

これは、特に大規模なプラントや工場において、生産コストの削減と納期短縮に直結する重要な要素となるでしょう。

曲げ加工のデリット

一方、曲げ加工にもデメリットが存在します。

金型の製作に時間とコストがかかる

まず、曲げ加工に使用する金型（上金型・下金型）の製作に時間とコストがかかる点が挙げられます。

特に複雑な形状の製品を加工する場合、専用の金型が必要となり、その設計・製作には高度な技術と相応の費用を要します。

加工できる板厚や材質に制約がある

次に、加工できる板厚や材質に制約があることです。

あまりに厚い板や、硬すぎる材質は、加工が困難であったり、機械の能力を超えてしまったりする場合があります。

また、材質によっては、曲げた際に割れやひびが入ってしまうリスクも考慮しなければなりません。

そのため、事前に材料の特性を十分に把握し、適切な加工方法を選択することが不可欠です。

製品のサイズに制約がある

さらに、製品のサイズにも制約があります。

特に大型の板金を曲げる場合、対応できる機械の大きさが限られるため、加工できるサイズが制限されることがあります。

曲げ加工の製品例

曲げ加工は、私たちの身の回りのさまざまな製品に活用されています。

行政・公共施設での活用例

行政のごみ処理施設では、大型のダクトやコンテナ、設備の筐体などに曲げ加工が活用されています。

プラント・大規模工場での活用例

プラントや大規模工場では、配管やタンクの外装、機械の保護カバーなどに曲げ加工が使われています。

曲げ加工の種類

曲げ加工には、加工方法や仕上がりの形状によってさまざまな種類があります。

型曲げ

型曲げとは、最も一般的な曲げ加工方法で、型に金属素材を固定し、加圧して曲げる加工方法です。

V曲げやL曲げなどがあります。

V曲げ

V曲げとは、V字型のダイとパンチを使って板金をV字に曲げる方法です。

L曲げ（押さえ曲げ）

L曲げとは、90度未満の曲げ角度に対応する加工方法で、板材の端を挟んで曲げます。

U曲げ（逆押さえ曲げ）

U曲げとは、U字型のダイとパンチを使って板金をU字に曲げる方法です。

R曲げ

R曲げとは、丸みを持たせたパンチとダイを使い、板金の角を丸く曲げる方法です。

Z曲げ（曲げ戻し）

Z曲げとは、Z字型の金型を使用し、板材をZ字形に曲げる方法です。

特殊な曲げ加工

一般的な曲げ加工以外にも、特殊な加工方法があります。

たとえば、ロール曲げがあります。

ロール曲げ

ロール曲げとは、3本以上のローラーの間に板材を通して連続的に曲げ、円筒状や円錐状の製品を作る方法です。

曲げ加工のスプリングバック対策

曲げ加工を行う上で問題となるのが、「スプリングバック」です。

スプリングバックとは？

スプリングバックとは、曲げ加工を行った後、板材が元の形状に戻ろうとする現象です。

力を加えて塑性変形させた後も、材料内部には弾性力が残っており、この弾性力によって板材がわずかに跳ね返ります。

製品の寸法精度に影響を与えるため、適切な対策が必要です。

スプリングバック対策の方法

スプリングバックを抑制するためには、いくつかの対策方法があります。

2段曲げ

2段曲げは、曲げ加工を2段階に分けて行う方法です。

まず、材料を目標の角度以上に一度曲げた後、故意にスプリングバックを起こし、再度、加圧を行うことで、目標の角度を得ます。

ストライキング

パンチでダイの刃先面の両隅に出っ張り（ストライキング）を設けることでスプリングバックを防止する方法です。

パンチは特殊形状になりますが、多量生産に適しています。

開先加工

曲げる部分にあらかじめV字型の溝を設けることで、溶接の強度を高める方法です。

その部分にパンチの刃先が当たるようにプレスします。

まとめ

曲げ加工は、溶接の削減や生産効率の向上に大きく貢献する一方、金型コストや材料の制約といったデメリットも存在します。

しかし、適切な加工方法や対策を講じることで、これらの課題を克服し、高品質な製品を効率的に生産することが可能です。