加工技術について解説を始める前に、まず考えてみましょう。CNC、板金、プレス、射出成形、そして現在の3Dプリントなど、数多くの加工業界において、これらの加工技術が主に解決すべき課題とは、一体どのようなものなのでしょうか？
全体として見れば、具体的な加工の細部はさておき、実際には、これらが対処・解決しているのは、いずれも異なる原材料の3D成形に関する問題である。
つまり、加工工程や使用する原材料が異なっていても、これらの加工工程が達成しようとする目的は同じであり、それは長さ、幅、高さ、およびその他の特徴を備えた構造部品を製造することである。
板金成形プロセスをより明確かつ直感的に説明し、その効率や利点を紹介するために、成形の原理という観点から、板金加工の中核となるプロセスである「板金曲げ」を分析します。また、曲げの原理という観点からも分析を行い、さらに原価計算この観点から分析を行う。
01_
板金加工挙げる
サンプル品の曲げ加工のデモンストレーション
実際に加工を行う際、手のひらサイズの3D構造部品であれば、わずか十数秒で成形が完了します。サイズがやや大きいワークの場合でも、取り出しや設置がやや複雑であることを除けば、成形に必要な時間はせいぜい数十秒程度です。そのような大きさの部品を、金型を作ることなく、数十秒で成形できる加工技術には、他にどのようなものがあるでしょうか？成形速度が速く、コストも低い。これこそが、板金曲げ加工の主なメリットなのです！
試作品の曲げ加工デモ動画
もう一つ付け加えるなら、原材料は曲げ加工前は柔らかいのですが、曲げ加工を経ると強度を持つようになります！この点は板金加工において構造設計この点において非常に重要な概念として、金属薄板は曲げ加工によって強度を高めることができる！
セグメント曲げ効果
曲げ効果
例えば、比較的面積の大きい部品を製造する場合、その部品が変形しないようにするため、薄板を直接使用し、曲げ加工によって強度を高めるという手法を採用することができます。そうすることで、部品の軽量化が図れるだけでなく、原材料コストの削減も実現できます。
強みのまとめ
1、低コストの原材料の利点は、極めて薄い材料で大きな体積を実現できること、曲げ加工によって板材の強度を高め、変形のリスクを低減できること、そして曲げ加工によって板材から立体部品への迅速な成形が可能であることです。ここで「大きな体積を実現できる」と述べたのは、薄板類がこの点において持つ優位性を指しています。
2、成形速度が速く、生産コストも低い。成形速度は製品の大きさには左右されず、金型作成の手順も不要であるため、試作や量産に適している。
02_
板金加工の原理
図に示すように、これは当社が所有するTRUMPF 1150 CNCプレスブレーキです。 このプレスブレーキは150トンの圧力を持ち、加工長は3.2メートル、バックゲージは6＋1軸構成となっており、ステンレス鋼の最大加工厚さは4mmです。
曲げ加工の原理は、上下の金型による圧力を利用して、さまざまな角度や寸法を持つ曲げ加工品を成形できるという点にあります。金型は主に下型と上型で構成されています。ワンステップ成形用の金型を除き、下型は通常V溝付きのものが使用され、曲げ加工する材料の厚さに応じて適切な下型が選択されます。
頻繁に使用される曲げ上型は、主に2つのカテゴリーに分類されます。1つ目はストレートブレード、2つ目はカーブブレードです。ストレートブレードとカーブブレードの主な違いは、曲げ時の干渉回避について考慮する必要があるという点にあります。以下では、曲げ加工に関するいくつかの詳細や重要なポイントについて詳しく説明します。
上記はすべて、板金加工で最も一般的に使用される曲げ工具である。
また、特殊な形状のものについては、加工工程において精度を確保し、効率を高めるために、あらかじめ成形用の金型を用意しておくこともあります。例えば、ルーバー（これはあくまで一例であり、曲げ加工機による加工も、プレス加工も可能です）や、よく使用される円弧金型などです。次に示す写真は、当社が事前に準備した、R5からR40までのさまざまな規格の円弧成形金型です（ここではその一部のみを撮影しています）：
板金の曲げ加工を行う際、主に頼りになるのはこれらの金型であり、まさにこれらの金型によって、私たちが普段目にするほとんどの部品が成形されているのです。
要点のまとめ
1.曲げ寸法が十分かどうか
（指定されたデフォルトの処理方法：機能に影響を及ぼさない範囲で、サンプルを折り畳むことができる場合は折り畳み処理を行い、折り畳み処理ができない場合は溶接処理を行う）
2、曲げによる干渉の有無
（標準的な処理方法：機能に影響がない限り、サンプルは折り曲げられるものは折り曲げ、折り曲げられないものははんだ付けする）
3、曲げ変形問題
（3つのデフォルトの処理方法については、以下をご覧ください）
1.曲げ寸法が十分かどうか
* 板厚に対応する最小曲げエッジ：
上記で示したように、板金曲げ加工は、上型、下型、後部位置決め装置、およびワークの4つの部分で構成されています。上型は下方向へワークを押し込み、V溝のある下型の中に収めるようにします。この押し込みの深さが曲げ角度を決定します。後部位置決め装置の位置によって、曲げ位置と寸法が決まります。なお、下型のV溝の幅は通常、板厚の6倍となります。つまり、1mmの板材には6mmのV溝を持つ下型を使用する必要があります。この制限により、最小曲げエッジの制限が生じます。つまり、ワークは少なくともV溝の両側に乗り、さらに2mmはみ出している必要があります。6mmのV溝の場合、6mmの半分は3mmであり、はみ出し分の2mmを加えると5mmになります。この5mmが、1mm厚の板における最小曲げエッジとなります。
以下は、推奨最小曲げエッジサイズの表です：
推奨最小曲げ側面寸法
板厚（mm）
最小曲げ半径（mm）
1.0
1.2
1.5
2.0
10
2.5
12
3.0
14
板の厚さによって、下型に必要となるV溝の幅が異なります。これが「最小曲げエッジ」の意味です。通常、板の厚さに対して6分の1の比率で、曲げ加工の際には両端を重なり合わせます。板が厚くなるほど溝は広くなります。曲げ寸法が小さすぎて重なり合わせられない場合、曲げ加工を行うことはできません。
2、曲げによる干渉の有無
曲げ加工の過程で、ある現象に気づくでしょう――曲げられない場合があるということです。では、一体どのようなものが曲げられ、どのようなものが曲げられないのでしょうか？
加工するワークがどれほど複雑であっても、曲げ加工が可能かどうかは、最小曲げ寸法を考慮することに加え、干渉の問題も関係してくる。
干渉の有無を見分けるためのちょっとしたコツを皆さんにお伝えします。それは、すべてのワークの形状をU字型と想定し、曲げ加工の最後の工程において、U字型の後ろ側の成形寸法が曲げ中心線を超えないかどうかを確認することです。
例えば、最初の図のように、それを超えてしまう場合は、2枚目の図にある湾曲した刃を使用する必要があります。こちらは当社が事前にカスタマイズしたU字型の構造で、最大成形サイズは120mmに達します。
ここでちょっとしたアドバイスをひとつ。設計においては、工場の加工限界に挑戦するような行為はできるだけ控えるべきです。このような湾曲した刃は、すべての工場が必ずしも備えているわけではないからです。選べる工場の数が減り、依存度が高まると、コストが増加することになります。特に試作品の場合、その傾向が顕著です。
3、曲げ変形問題
屈曲線付近の穴やその他の特徴
曲げ加工の原理は、本質的には圧縮・引張作用を施すことにあります。曲げ線付近の構造部は、互いの距離が近いため変形が生じやすく、その結果、端部が十分に引き上げられなくなるという問題が発生します。この状況は大きな課題であり、 重要な点は、持ち上げられないエッジが上方に突出しやすくなり、その結果、表面が平面状態ではなくなってしまうことです。これは、実際の仕上がり効果に悪影響を及ぼす可能性が極めて高く、また組み立て上の問題を引き起こす可能性も極めて高いのです。
このような状況に対して、当社ではデフォルトで以下の対応方法を用意しています：
構造部材
外装部品以外
通常は加工用スロットを設け、溶接処理は行わない。
（コストが比較的低い）
外装部品
穴の変形問題に対しては、デフォルトではまず小さな穴を開け、曲げ加工を行った後、手作業で穴を広げます。
（コストは中～高）
外装部品
特殊な構造の場合、デフォルトで加工溝を開け、溶接および研磨処理を施します。
（コストが最も高い）
03_
原価計算
あらゆる加工工程は、それぞれ異なる細分化された各段階を組み合わせることで構成されており、加工コスト全体は、その製品に関連するすべての加工段階のコストを合計したものである。
小さな部品を例に挙げると、20秒で1個、1分で4個、1時間で240個を完成させることができます。10時間であれば2,400個となります。つまり、通常の状況下では、2,000個を製造すれば、その日のうちに商品を発送できる可能性が高いということです。
では、この比較的小さなワークを加工するのに、一体どれほどのコストがかかるのでしょうか。 効率が高ければ高いほどコストは低くなります。コスト計算とは、実質的に効率を算出することなのです。製品を製造する際、コスト計算や工程の比較を行う際、最も簡単な方法は、その工程で1日の間にどれだけの数量を生産できるかを確認することです。そうすれば、おおよその見当がつくでしょう。
実際にはそうではなく、顧客からの注文数は2400個ではなく、わずか3個でした。曲げ加工の職人は即座に作業態勢に入れるわけではなく、まず金型を交換し、次に刃を交換し、その後調整を行い、さらに少し時間をかけながら考えを巡らせる必要があります。これらをすべて行うと、おそらく20分ほどかかるでしょう。 つまり、3個を製造するのに必要な時間は20分プラス1分となります。コスト面では、準備作業に約20分かかり、実際の加工コストはわずか1分です。
上記のデータはあくまで例示に過ぎませんが、そこには実際の加工において必然的に発生する各工程のコストが反映されており、言い換えれば、曲げ加工という工程における実際のコスト構成を示しているのです：
曲げ加工コスト＝準備コスト＋実際の加工コスト。
なぜ多くの従来の板金加工工場は試作を嫌がるのでしょうか？それは、量産においては準備コストを無視できるため、実際の加工コストが競争の決め手となるからです。また、数量が多ければ多いほど定量化が容易になり、コストの見積もりもより簡単になります。
サンプルの生産において考慮すべきは、単一のモデルの加工数量ではなく、モデル数の多さです。直接削減すべきは実際の生産コストではなく、準備作業の効率を絶えず向上させることです。そうして初めて、サンプル生産コストを全体として削減することが可能となります。さらに、サンプル生産に特化したプロセスを構築することが不可欠であり、これこそが私たちが現在取り組んでいる仕事です。
04_
まとめ
曲げ加工は、設計の観点から見れば、実際にはそれほど高度な技術は必要とされません。主に設計上の規範に関する事項が関わるに過ぎません。また、加工が可能かどうか、そしてコストを抑えつつ期待する効果を得るためにどのような措置を講じるか、すなわちコスト面に関する事項、さらに実際の加工工程における詳細な状況やそれに伴う注意事項などが重要となります。
改めて強調しますが、やはり上記でまとめた次の2つの文です：
1、原材料コストが低い。その理由は、通常よりもはるかに薄い材料を使用することで、かなり広い面積を確保できることにある。また、曲げ加工という工程によって板材の強度を高め、変形によるリスクを解消することができる。さらに、曲げ加工という手法を活用することで、板材から立体部品へと迅速に成形し、完成品に仕上げることも可能です。
2、成形速度が速く、成形コストが低い。成形速度は製品の大きさには左右されず、金型を製作する必要もないため、試作や量産に適している。
Chinese 
Japanese 
English 
German 
Finnish 
コメントなし