ベンディングマシンはどのように動作するのですか?スプリング曲げガイド

ベンディングマシンの仕組み: 基本原理

曲げ機械は、制御された力をワークピース (通常は金属、ワイヤー、チューブ) に加えて、切断や溶接を行わずに特定の角度や形状に変形させます。この機械は、パンチ（上型）、ダイ（下型）、バックゲージの組み合わせを使用して、再現可能な精度で材料の位置決めと曲げを行います。 基本的な力学は、材料の降伏強度を超えることで材料が永久に変形する一方で、破断を避けるために引張強度を下回る状態に保つことに依存しています。

実際には、パンチがダイの中に下降すると、板金またはワイヤがダイの形状に強制的に適合します。達成される角度は、溶け込み深さ、ダイ開口部の幅、および材料自体のスプリングバック特性によって異なります。最新の CNC 曲げ機械は、これらすべての変数をデジタルで制御し、曲げ角度で ±0.1°、バック ゲージの位置で ±0.1 mm という厳しい公差を可能にします。

工業的に使用される主な曲げ方法はいくつかあり、それぞれが異なる材料と生産量に適しています。

• エアベンディング： パンチは材料を底付きすることなく金型に押し込みます。最終的な角度はパンチの貫通深さによって異なります。これは最も柔軟な方法であり、世界中のプレス ブレーキ操作の 60% 以上を占めています。
• ボトミング（底曲げ）： パンチは材料を金型に完全に押し込み、非常に正確な角度を実現します。素材が完全に圧縮されているため、スプリングバックが最小限に抑えられます。より多くのトン数が必要になります。通常は空気曲げの 3 ～ 5 倍です。
• 鋳造: パンチとダイによってスプリングバックがほぼゼロになるまで材料を絞り込む、最高圧力の方法。多くの場合、航空宇宙または医療部品の製造において、非常に厳しい公差に使用されます。
• ロール曲げ: 3 つのロールでシートまたはプレートを徐々に湾曲させて円弧または円柱にします。パイプ加工や鋼構造物でよく見られます。
• 回転絞り曲げ: 主にチューブやプロファイルに使用されます。クランプダイがチューブを保持し、曲げダイが固定中心の周りを回転し、チューブを引っ張って形状を整えます。排気パイプやロールケージの半径が狭い曲げには不可欠です。

ベンディングマシン内の主要コンポーネント

各部品の機能を理解することは、オペレーターが問題を解決し、出力品質を最適化するのに役立ちます。すべての曲げ機械は、タイプに関係なく、共通の機械コンポーネントと制御コンポーネントのセットを共有しています。

フレームとベッド

機械フレームは溶接または鋳鋼構造であり、たわむことなく曲げ力を吸収します。定格 400 トン以上の大型プレス ブレーキでは、荷重がかかるとベッドがかなり大きくたわみます (4 メートルのスパンで 0.3 ～ 0.5 mm になることもあります)。より優れた機械では、クラウニング システム (機械式または油圧式ウェッジ ベース) を使用してこのたわみを補正し、部品全長にわたって角度の一貫性を維持します。

ラム (アッパービーム)

ラムは上部工具 (パンチ) を運び、油圧シリンダー、サーボ電気ドライブ、または機械的偏心装置によって下方に駆動されます。 精密板金工場では標準となっているサーボ電動プレスブレーキで繰返し位置決め精度±0.01mmを実現 — 通常 ±0.04 mm を達成する従来の油圧設計よりも大幅に優れています。

工具: パンチとダイ

パンチ先端の半径、ダイ開口部の幅 (V 開口部)、およびダイのショルダー半径はすべて、曲げ品質に直接影響します。標準ルールでは、V 開口部は材料の厚さの 6 ～ 10 倍である必要があります。たとえば、3 mm 軟鋼の曲げには、通常 20 ～ 24 mm の V ダイが使用されます。狭すぎるダイを使用すると、材料が過度に薄くなり、亀裂が発生します。ダイの幅が広すぎると、スプリングバックが増加し、角度精度が低下します。

バックゲージシステム

バック ゲージは、各曲げの前に材料を正確に位置決めする電動ストップです。最新の多軸バック ゲージ (通常は 4 ～ 6 軸) を使用すると、深さと高さの両方を CNC 制御できるため、手動で位置を変更することなく、複雑なフランジ付き部品を自動的に製造できます。バックゲージの精度はフランジ長さの公差を直接決定し、よくメンテナンスされた CNC プレス ブレーキでは公差は ±0.1 ～ ±0.2 mm になります。

CNCコントローラー

最新の曲げ機械は、曲げプログラムを保存し、必要なトン数を計算し、スプリングバックを補正し、多軸動作を調整する専用の CNC コントローラー (Delem、Cybelec、または独自のシステム) を実行します。 CAD/CAM ソフトウェア (Radan、Solid作品 Bend など) を使用したオフライン プログラミングにより、エンジニアはコンピュータ上で曲げシーケンスを開発し、それを機械に直接転送できるため、手動で試行錯誤してプログラミングする場合と比較して、セットアップ時間を 40 ～ 70% 削減できます。

なんと スプリングベンディングマシン Works

スプリング ベンディング マシンは、ワイヤまたはフラット ストックをコイル、ねじりスプリング、圧縮スプリング、引張スプリング、カスタム ワイヤ フォームなどのスプリングやスプリング状の形状に成形するために特別に設計された特殊なタイプのベンディング マシンです。 標準的な板金プレス ブレーキとは異なり、スプリング ベンディング マシンは回転曲げピン、調整可能なカム、およびワイヤ送り機構によって動作し、これらが連携してワイヤが機械に送られるときに連続的に成形します。

CNC スプリング曲げ機の基本的な作業サイクルは、次の段階を経ます。

1. ワイヤ送給： サーボ駆動のフィードローラーがコイルスプールから正確な長さまでワイヤを送ります。最新の機械の送り精度は 1 サイクルあたり ±0.02 mm に達します。
2. 曲げ/コイリング: 曲げピンまたはコイリング ツールは、前進するワイヤに横方向の力を加え、ワイヤをコイリング アーバーの周りに巻き付けるか、または一連の屈曲点を介して所望の形状を形成します。
3. ピッチコントロール: ピッチツールは軸方向に移動して、圧縮バネまたは引張バネのコイル間の間隔を制御します。
4. カッティング: スプリングがプログラムされた長さに達すると、カッターがワイヤーをきれいに切断し、完成したスプリングが回収ビンまたはコンベアに排出されます。

高速 CNC スプリング曲げ機は、ワイヤーの直径とスプリングの複雑さに応じて、通常、毎分 30 ～ 200 個のスプリングを生産します。エレクトロニクス分野で細いワイヤー (0.1 ～ 0.5 mm) を使用する大量コイラーの中には、毎分 400 個を超えるものもあります。

スプリングベンディングマシンの種類

ばね曲げ機には、ばねの種類と生産要件に応じていくつかの構成があります。

スプリングバック: なぜそれが重要なのか、そして曲げ機械はどのようにそれを処理するのか

スプリングバックは、板金プレス ブレーキやスプリング ベンディング マシンのいずれを使用する場合でも、曲げ加工における最も重要な課題の 1 つです。力によって金属が曲げられると、変形の一部だけが塑性的 (永久的) になります。力が解放されると弾性部分が回復し、部品が元の形状に向かって跳ね返ります。 一般的な軟鋼板の場合、スプリングバック角度は通常 1° ～ 5° の範囲ですが、高張力鋼やステンレス鋼では 6° ～ 12° 以上のスプリングバックが発生する可能性があります。

スプリング曲げ機械は、この問題の特に深刻なバージョンに直面しています。製品全体は、その弾性回復によって定義されます。たとえば、圧縮バネは予測どおりにエネルギーを蓄積および放出する必要があるため、目標の自由長とバネ定数を達成するには、コイリングプロセスでスプリングバックを正確に考慮する必要があります。プログラムされた以上に戻るスプリングは長すぎます。跳ね返りが少ない方は短すぎるため、どちらも負荷テストに失敗します。

最新のマシンで使用される補正方法

• 過度の曲げ: 機械は意図的に目標角度を超えて曲がり、スプリングバックを相殺するために必要な過剰分を計算します。 CNC システムは、材料固有のスプリングバック補正値をデータベースに保存します。
• 角度測定のフィードバック: 一部のハイエンドプレスブレーキには、統合されたレーザーまたは光学式角度センサー (LVD の CADMAN-Touch システムなど) が組み込まれており、ストローク中の実際の角度を測定し、リアルタイムでパンチ貫通を調整します。
• 材料データベースの補正: CNC スプリング曲げ機には、線材、直径、質別のスプリングバック補正テーブルが保存されています。オペレーターが材料の仕様を入力すると、機械がコイリング アーバーの位置とピッチ ツールの圧力を自動的に調整します。
• 鋳造: 材料のほぼすべての断面が塑性変形するのに十分な圧力を加えると、スプリングバックはほぼ完全に排除されますが、空気による曲げの 5 ～ 8 倍の力が必要になります。

CNC と手動ベンディングマシン: 直接の比較

CNC 制御の曲げ機械と手動の曲げ機械の違いは、価格だけではありません。それぞれに、最大の利益をもたらす特定の運用コンテキストがあります。

特にスプリング曲げ機の場合、稼働率が 50 パーツ/分を超える場合、手動のピン調整でワイヤ形状の形状を一貫して再現するのはほぼ不可能であるため、CNC システムが中量産から大量生産の大半を占めています。手動スプリング曲げ機械は、試作作業、専門修理工場、および機械のセットアップ時間が実際の生産時間に比べて短い大直径の線バネの非常に少量のバッチに引き続き実行可能です。

ベンディングマシンで加工した素材

ベンディングマシンは材料に依存しません。各材料クラスは曲げ力に対する反応が異なるため、それに応じて機械パラメータを調整する必要があります。

板金プレスブレーキ材

• 軟鋼(CR/HR): 最も一般的に曲げられる材料。降伏強度 250 ～ 350 MPa。適度なスプリングバックを備えた寛容な動作。 1 mm CR シートには、曲げ長さ 1 メートルあたりおよそ 12 ～ 18 トンが必要です。
• ステンレス鋼 (304/316): 強度は高くなりますが (降伏点 205 ～ 310 MPa)、加工硬化速度は大幅に高くなります。軟鋼の 1.5 ～ 2 倍のトン数が必要で、より多くのスプリングバックが発生します。亀裂を避けるために、内側の最小曲げ半径は少なくとも材料の厚さの 1 倍にする必要があります。
• アルミニウム (5052、6061): 強度は低いですが、弾性率が低いためスプリングバックが起こりやすくなります (鋼の場合は 200 GPa に対して約 70 GPa)。 6061-T6 は、鋭い半径で亀裂が発生しやすいことで有名です。複雑な曲げには、T4 または焼きなました焼き戻しが推​​奨されます。
• 高張力鋼（AHSS、HSLA）： 降伏強度 550 ～ 1200 MPa。非常に高いスプリングバック (90° の曲げごとに 8° ～ 15°)。慎重な工具の選択と、多くの場合専用の成形戦略が必要です。

スプリングベンディングマシン線材

• 硬伸線スプリングワイヤー (ASTM A227): 汎用圧縮バネの業界の主力製品。引張強さは直径に応じて 1200 ～ 2000 MPa。
• ミュージックワイヤー (ASTM A228): 一般的なスプリング ワイヤー グレードの中で最も高い引張強度 (直径 0.5 mm で最大 2350 MPa)。疲労寿命と一貫した機械的特性が重要な場合に使用されます。
• ステンレススプリングワイヤー (302/304): 食品加工、海洋、医療用途向けの耐食性。ミュージックワイヤーに比べ強度は劣りますが、耐環境性に優れています。
• クロムシリコン/クロムバナジウム合金線： 使用温度が高くなると単線カーボンワイヤーのへたりが生じる高温ばね（弁ばね、エンジン部品）に使用されます。

用途に適したベンディングマシンを選択する方法

間違ったマシンを選択すると、大きな損失を招くことになります。適切な曲げ加工機は少なくとも 6 つの収束要素に依存しており、それぞれを個別に評価するのではなく、一緒に評価する必要があります。

ワーク材質と厚さ

板金の場合は、 材料の降伏強度と厚さの二乗による必要なトン数スケール 。材料の厚さが 2 倍になると、必要なトン数は約 4 倍になります。主に 3 mm の軟鋼を最大 2,500 mm 幅まで曲げる工場では、約 100 ～ 160 トンのプレス ブレーキ能力が必要です。後で 6 mm のステンレスを曲げる必要がある場合、同じ部品に 400 トンが必要になる可能性があり、これは機械の定格をはるかに超えています。

ばね加工の場合、機械の選択はほぼ独占的にワイヤ径の範囲によって決まります。 0.5 ～ 4 mm のワイヤ用に設計されたスプリング曲げ機械では、モーターの過負荷や工具の破損の危険を伴うことなく 8 mm のワイヤを確実に加工することはできません。

部品の形状と複雑さ

平らなシート上の単純な 2D 曲げは、どのプレス ブレーキでも処理できます。複雑なフランジ関係、裾の曲がり、または負の角度を持つ部品には、中心を外れたツーリング、特殊な金型構成、またはロボットによる部品操作が必要です。 3D ジオメトリ (フック、ループ、複数面の曲げ) を備えたワイヤー フォームの場合、6 つ以上の独立して制御される軸を備えた多軸 CNC ワイヤー フォーミング マシンのみが大量生産を処理できます。

生産量

週に 50 個のカスタム ブラケットを生産する工場には、自動工具交換装置を備えた 20 万ドルの CNC プレス ブレーキを導入する理由はありません。逆に、毎月 500,000 個の圧縮スプリングを生産するスプリング メーカーは、半自動コイラーに依存することはできません。サイクル タイムと工具の磨耗により、コストが持続不可能になります。 損益分岐点分析では、CNC スプリング曲げ機は 12 ～ 24 か月以内に投資を回収できることが一貫して示されています。 手動または半自動の代替品と比較して、月あたり 50,000 個以上の部品の生産速度で生産されます。

許容差の要件

航空宇宙および医療部品では、通常、曲げ角度を ±0.25°、フランジの長さを ±0.1 mm に保つ必要があります。角度測定フィードバックなしで油圧プレス ブレーキでこれを確実に達成することは、完全な生産稼働全体にわたってほぼ不可能です。スプリング曲げの場合、50 mm スプリング本体の自由長公差 ±0.3 mm には、安定したワイヤ送給分解能と一貫したスプリングバック補償を備えた機械が必要です。これは通常、サーボ駆動の CNC コイラーでのみ実現可能です。

曲げ加工における一般的な問題とその根本原因

適切に構成された機械であっても、変数が制御されていない場合は不良部品が発生します。以下の問題は、プレス ブレーキとスプリング ベンディング機械の両方の操作で最も頻繁に報告されます。

部品の長さ全体にわたる角度の不一致

曲げ角度が中心では正しいのに、端に向かって開いている場合は、機械のベッドが負荷によってたわんでいます。アクティブ クラウニングなしで 250 トンのプレス ブレーキを 3 メートル曲げると、端に対して中央で 0.4 ～ 0.8 mm のたわみが発生する可能性があり、これは 1° ～ 2° の角度変化に相当します。この問題を解決するには、油圧式または機械式のクラウニング テーブル、またはセクションごとの調整を可能にする短いツーリング セグメントを使用します。

曲げ半径での亀裂

亀裂は、外側の繊維のひずみが材料の伸び能力を超えると発生します。一般的な原因としては、材料に推奨される最小値よりも小さいパンチ半径を使用したこと（6061-T6 アルミニウムの場合、最小内側半径は通常材料の厚さの 1.5 ～ 2 倍）、圧延シートの粒子方向を横切って曲げたこと、または以前の成形操作で加工硬化した材料を使用したことが挙げられます。多くの場合、圧延方向に対して部品を 90 度回転させると、境界線の材料の亀裂が除去されます。

ばねの曲げにおけるばねの自由長の変化

生産スプリングの自由長のばらつき (例: ±0.3 mm の目標で ±1 mm) は、通常、次の 3 つの原因のうちの 1 つに遡ります。つまり、機械が校正された公差を超えるコイル間の線径のばらつき、長期の生産運転での材料の硬度の温度による変化、または断続的にスリップする摩耗したフィード ローラーです。 フィード ローラー インサートは 300 ～ 500 稼働時間ごとに交換します。 大量生産のスプリング工場では標準的な予防メンテナンスです。

成形ワイヤ部品のねじれ

ワイヤが機械に送られるときにワイヤ コイル内の残留応力が均一に解放されないと、ねじれが発生します。ワイヤースプールとフィードローラーの間に取り付けられたワイヤーストレートナー（回転式またはローラー式）により、成形前にコイルセットが取り外されます。ほとんどの生産用スプリング曲げ機のセットアップには、標準装備として 7 つまたは 9 つのローラーのストレートナーが含まれています。

曲げ機械を操作するための安全要件

曲げ機械、特に定格 100 トン以上の油圧プレス ブレーキは、手を押しつぶしたり致命傷を引き起こす可能性のある力を発生させます。安全基準は、いかなる専門的な運用環境においてもオプションではありません。

• ライトカーテンとレーザー安全システム: 最新のプレス ブレーキには、AOPD (アクティブ光電子保護装置) システム、つまりオペレーターの手が危険ゾーンに入ると直ちにラムを停止するレーザー カーテンが使用されています。 Fiessler AKAS II および同様のシステムは、最大 10 mm/s の閉鎖速度で 14 mm の薄さの障害物を検出します。
• 両手操作: 高度な光学的安全性を備えていない機械では、両手による作動要件により、動力ストローク中にオペレータの手をツーリングゾーンから遠ざけることができます。
• 個人用保護具: ほとんどの管轄区域では、耐切創手袋 (EN388 レベル 4 以上)、安全靴、金属バリに対する目の保護が最低要件です。
• スプリング曲げ機のガード: スプリング曲げ機は部品を高速で排出し、張力がかかるとワイヤーが破損する可能性があるため、連動したアクセス ドアによる完全な周囲の保護が必要です。 ISO 11161 および EN 13857 規格は、そのような保護のための最小安全距離を定義しています。
• 油圧システムのメンテナンス: シールが漏れている油圧プレス ブレーキを使用すると、重力でラムが落下する可能性があります。最新のすべての機械には落下防止安全弁 (シリンダーに直接取り付けられた逆止弁) が必須であり、毎年検査する必要があります。

ベンディングマシンの耐用年数を延ばすメンテナンス方法

適切にメンテナンスされたベンディングマシンは、20 ～ 30 年間の生産的なサービスを提供します。放置された機械は急速に劣化し、許容範囲外の部品が生産され、安全上の危険が生じます。運用環境では、次のメンテナンス方法について交渉の余地はありません。

• 毎日: 工具の表面をきれいにして、パンチの先端やダイの肩部に傷がつかないようにします。油圧ホースに擦れや滲みがないか点検します。バックゲージのストップに部品の位置を誤らせる原因となる破片がないか確認してください。
• 毎週: 作動油のレベルと状態を確認してください。リニアエンコーダ (取り付けられている場合) に汚れがないか検査します。バックゲージの位置精度をダイヤルゲージで基準ストップに対して検証します。
• 毎月: メーカーの給脂スケジュールに従って、ラム ガイド、バック ゲージ送りネジ、およびボールネジに給油します。ツールクランプシステムの摩耗をチェックしてください。
• 毎年: 油圧作動油を完全に交換します (通常は気候に応じて ISO VG46 または VG68)。シリンダーのシールを点検します。機械の角度基準システムのレーザーまたは光学式校正を実行します。スプリングベンディングマシンの場合、測定可能な摩耗が見られるベンディングピンとコイリングアーバーを交換します。

通常、ツールは定期的なメンテナンスコストの中で最も高額です プレスブレーキとスプリングベンディングマシンの両方の操作に使用できます。パンチの先端が磨耗して傷がつきます。ダイのショルダーは繰り返しの金属接触により侵食されます。 3 メートルの機械用の精密プレス ブレーキ ツールの 1 セットのコストは 3,000 ～ 15,000 ドルとなるため、適切な保管 (ツール ラック、保護カバー) と取り扱い手順が直接的なコスト管理手段となります。