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曲げプロセスは、材料を切断することなく、ダイ、マンドレル、またはローラーの周りで塑性変形するまでワークピースに制御された力を加えてその形状を変える金属成形操作です。 簡単な答えは次のとおりです。金属には弾性ゾーンと塑性ゾーンがあるため、曲げが機能します。すべての曲げが成功するかどうかは、荷重が取り除かれた後に新しい形状を保持できる程度に弾性限界を超えて材料を押し出すこと (スプリングバックと呼ばれます) にかかっています。 スプリング ベンディング マシンは、コイル スプリング、トーション スプリング、ワイヤー フォームの正確な移行を制御することを目的として構築された装置で、回転ツール、ピン、CNC 駆動軸を使用して、ほとんど変化なく同じ曲げを何千回も繰り返します。この記事の残りの部分では、製造現場でそのプロセスが実際にどのように行われるのか、優れたスプリング曲げマシンと平凡なスプリング曲げマシンを区別するものは何か、そして生産全体にわたって一貫した曲げ角度を維持する方法について詳しく説明します。
曲げることは単一の動作ではありません。これは数分の一秒で起こる一連の機械的イベントであり、各段階を理解することで、一部の曲げで亀裂が生じたり、戻りすぎたり、毎回完璧な角度を維持したりする理由が説明されます。
ワイヤーまたはシートに最初に力が加えられると、材料はその弾性範囲内で伸縮します。この時点で荷重を取り除くと、金属は完全に元の形状に戻ります。永久的な曲がりはまだ発生していません。
力が降伏点を超えて増加すると、曲げの外側の繊維が永久に伸び、内側の繊維が圧縮されます。 これは、曲げのプロセスによって永続的な形状が作成される実際の瞬間です。 、そして中立軸、つまり伸びも圧縮もしない材料内部の線は、曲げがきつくなるにつれて内側の半径に向かってわずかに移動します。
工具が材料を解放すると、蓄積された弾性エネルギーにより、曲げが元の形状に向かってわずかに緩和されます。スプリング曲げ機は、線径、引張強さ、熱処理条件に応じて、通常 2 ～ 8 度の間で計算された量を過剰に曲げることによってこれを補正します。
| 材質 | 一般的な引張強さ | 平均的なスプリングバック |
|---|---|---|
| 高炭素ばね鋼 | 1900～2200MPa | 5〜8度 |
| ステンレス鋼302または304 | 1300～1600MPa | 3～6度 |
| ミュージックワイヤー ASTM A228 | 2200～2500MPa | 6度から9度 |
| リン青銅 | 700～900MPa | 2～4度 |
最新の CNC スプリング曲げマシンは、単一の曲げサイクルを繰り返し可能なシーケンスに分割します。各ステップは軸の動きとしてプログラムされており、コントローラーはワイヤの送り、回転、工具の係合を同期させるため、単純な形状の場合はサイクル全体が 1 秒未満で完了します。
すべての曲げ操作で同じ機器や同じ物理学が使用されるわけではありません。板金曲げに対してスプリング曲げ機械がどの位置に適合するかを理解することは、購入者が作業に適さないツールを注文することを避けるのに役立ちます。
プレスブレーキ曲げは、パンチとダイの間に平らなシートまたはプレートを形成し、ストロークごとに単一の直線曲げを生成します。ワイヤーや丸棒の形状ではなく、パネル、ブラケット、エンクロージャーに適しています。
ロールベンディングでは、材料を 3 つまたは 4 つのローラーに通して大きな半径の曲線を作成します。これは、厳密な精度の形状ではなく、シリンダー、タンク、および構造の曲線セクションによく使用されます。
ロータリードローベンディングは、固定半径のダイに対してチューブまたはパイプをクランプし、そのダイの周りで回転させ、壁の薄肉化を最小限に抑えながら狭い半径の曲げを生成し、自動車の排気ガスやロールケージの製造で広く使用されています。
スプリング ベンディング マシン (CNC ワイヤ フォーミング マシンとも呼ばれます) は、細い丸ワイヤ ストックを高いサイクル レートで処理し、ねじりスプリング、圧縮スプリング フック、引張りスプリング ループ、および 1 つの長い真っ直ぐな曲げではなく、パーツごとに複数の曲げを備えたカスタム ワイヤ フォームを製造します。
コイル巻きは、ワイヤをマンドレルの周りにらせん状に巻き付けて、圧縮または引張ばねの本体を形成します。完成品にコイル状の本体と形成された端部のフックまたは脚の両方が必要な場合、同じ機械での曲げと組み合わせて使用されることがよくあります。コイリングとベンディングを組み合わせたマシンでは、同じワイヤ送給と矯正システムが両方の機能を果たし、ベンディング ヘッドが端部を形成する前の巻線段階で、別個のピッチ ツールがらせん角度を制御します。
4 台のスライド マシンには、複数の方向からワイヤにアプローチする水平成形ツールが追加されており、曲げ、コイル巻き、平坦化を 1 サイクルで組み合わせる部品に役立ちます。これらの機械は、ワイヤー成形の複雑さの上限に位置し、通常、標準の 2 軸または 4 軸のスプリング曲げ機械では製造できない複雑な形状の部品に対してのみコストを正当化します。
さまざまなメーカーの仕様書が常に同じように提示されているわけではないため、単に見出しの主張を比較するのではなく、どの数値が実際に現実世界のパフォーマンスを予測しているかを正確に知るのに役立ちます。
| 仕様 | 代表的な範囲 | なぜそれが重要なのか |
|---|---|---|
| 線径範囲 | 0.1～8ミリメートル | フィードパス全体を再構成することなくマシンが実行できる製品ファミリーを設定します |
| 制御軸数 | 4～12 | 1 回のパスで動作できる曲げ方向とツール ステーションの数を決定します |
| 最大送り速度 | 毎分200～600メートル | 単純なジオメトリの理論上の 1 分あたりの部品数に直接上限を設定します。 |
| ベンドヘッド回転速度 | 毎秒 300 ～ 1000 度 | 1 つの大きな曲げではなく、小さな曲げが多数ある部品のサイクル タイムに影響します。 |
| メモリまたはプログラムストレージ | 50～500のプログラムを保存可能 | 頻繁に切り替えが行われ、さまざまな部品番号を扱うショップに適しています |
| 繰り返し位置決め精度 | 0.01～0.05ミリメートル | 機械が長期にわたってどれだけ厳しい寸法公差を維持できるかを予測します |
特定のパーツ ファミリのスプリング ベンディング マシンを評価する購入者は、可能な限り自社のワイヤ ロットでのサンプル実行をリクエストする必要があります。公開されている仕様には機械の理論上の上限が記載されていますが、実際の性能は常に、機械、特定の合金、焼き戻し、使用されるワイヤーのコイルセット、およびその作業に選択された工具の間の相互作用に依存します。
ばね曲げ機械の精度は、単一の部品ではなく、連携して動作する 5 つのサブシステムによって決まります。 これらの領域のいずれかに弱いリンクがあると、一貫性のない曲げ角度や部品の不合格としてすぐに現れます。
曲げのプロセスは機械の形状だけでなく冶金によっても左右されるため、同じ曲げプログラムでもワイヤ材料が異なると異なる結果が得られます。用途に適した材料を選択し、その材料がベンドヘッドの下でどのように動作するかを理解することで、生産上の問題の大部分を事前に防ぐことができます。
高炭素バネ鋼は、一般的なバネ線材の中で最高の強度対コスト比を実現し、汎用のねじりバネ、圧縮バネ、引張バネのデフォルトの選択肢です。柔らかい合金よりも高い曲げ力と大きなスプリングバック許容値が必要であり、通常、完成形状を安定させるために成形後の応力除去熱処理の恩恵を受けます。
ステンレス鋼ワイヤー (最も一般的なグレード 302 または 304) は、ある程度の強度と引き換えに耐食性を備えており、湿気、化学物質、または食品と接触する環境にさらされる部品に選択されます。成形中に炭素鋼よりも早く加工硬化するため、亀裂を避けるために、同じ場所で複数の小さな半径の曲げを伴う曲げシーケンスを慎重にプログラムする必要があります。
ピアノ線とも呼ばれるミュージック ワイヤーは、非常に厳しい直径公差で引き抜かれ、非常に高い引張強度を備えた高炭素鋼で、生のサイズよりも一貫した力の出力が重要となる小型精密バネに最適な素材です。その高い強度は、目標角度に到達するためにスプリング曲げ機械がより多くのオーバーベンド補正を適用する必要があることを意味します。
リン青銅とベリリウム銅は、電子接点のスプリングやコネクタ クリップで一般的な、スプリング特性とともに導電性が必要な場合に選択されます。これらの材料は合金鋼よりも柔らかく、より低い力で曲がり、スプリングバックが少ないため、一般に厳しい公差を維持しやすくなりますが、過度の応力がかかると持続的な荷重下で永久ヘタリが発生しやすくなります。
プログラミングは手動で教える方法から CAD 主導のワークフローに移行しており、ソフトウェア層は現在、機械ハードウェア自体と同じくらい生産効率において大きな役割を果たしています。
最も古いプログラミング方法では、オペレーターが機械の制御パネルで各軸の動きを段階的に実行し、正しいことが確認されたときに各位置を保存します。この方法は単純な部品には機能しますが、曲げ回数が増えると時間がかかり、エラーが発生しやすくなります。
最新のスプリング曲げ機械ソフトウェアは、完成部品の 2D または 3D 図面を受け入れ、プログラムが物理的な機械に触れる前に、軸の動き、曲げシーケンス、推定サイクル タイムを自動的に計算します。これにより、エンジニアリング チームは、製造現場の時間を費やすことなく、設計を検証し、工具のニーズを見積もることができます。
高度なプログラミング パッケージは、ソフトウェアで完全な曲げシーケンスをシミュレートし、プログラムが実際のマシンで実行される前に、ワイヤ、ツール、または曲げヘッドのジオメトリが衝突する点にフラグを立てます。このステップにより、純粋に手動で検証する場合と比較して、ツールの損傷とセットアップ時間の無駄が大幅に削減されました。
高い製品ミックスを扱うショップは、検索可能なプログラム ライブラリの恩恵を受けます。以前に検証された曲げプログラムを、最初からプログラムし直すのではなく、数秒で呼び出すことができるため、繰り返し注文の場合、切り替え時間を数時間から数分に短縮できます。
プロセスを具体的にするために、CNC スプリング曲げ機で典型的なねじりスプリング脚の曲げが未加工のワイヤから完成品までどのように行われるかを示します。
オペレータまたはプログラマは、手動入力または CAD インポートを通じて、脚の長さ、曲げ角度、コイル本体の長さ、およびワイヤ直径を CNC インターフェイスに入力します。
ピンはコイル状の本体と形成された脚の半径を決定するため、スプリングの内径に一致する正しいベンド ピンの直径が選択されます。
機械は部品を切断することなく減速した速度でサイクルするため、オペレータは完全な生産速度が開始される前にツールパスがすべての治具をクリアしていることを確認できます。
最初に完成した部品は、実行を続行する前に、描画公差 (通常、脚の角度でプラスまたはマイナス 2 度、脚の長さでプラスまたはマイナス 0.1 ミリメートル) に対して測定されます。
承認が得られると、スプリング曲げ機は継続的に稼働し、ワイヤーの直径と形状の複雑さに応じて毎分 60 ～ 200 個の部品を生産することがよくあります。
| マシンタイプ | 再現性 | 最適なボリューム |
|---|---|---|
| 手動曲げ治具 | オペレータ依存 | 試作品50個以内 |
| 半自動ベンダー | 中程度、工具管理あり | 小ロット、50～5000個 |
| CNCスプリング曲げ機 | 高、プログラム制御 | 生産数は5000個以上 |
購入者は、最も高度なオプションを自動的に選択するのではなく、マシンのタイプを実際の注文量に合わせる必要があります。 CNC スプリング曲げ機は、切り替え時間の節約と不合格率の削減が初期費用の増加を相殺して初めて元が取れます。 これは、部品の複雑さに応じて、通常、部品番号ごとに 3000 ～ 8000 個の範囲で発生します。
亀裂は、ワイヤの直径に比べて曲げ半径が小さすぎる場合、または材料が事前の成形により加工硬化した場合に発生します。曲げ半径を大きくするか、曲げる前にストックを焼きなますことで、ほとんどの亀裂の問題が解決されます。
生産実行中の角度ドリフトは、通常、ベンドピンの摩耗、フィードローラーの滑り、またはシフト中の材料の剛性にわずかに影響を与える工場内の温度変化に遡ります。
ガイド チャネルやベンド ピンの表面仕上げが粗かったり、破片が蓄積したりすると、表面に傷がつきます。そのため、定期的な工具の洗浄が標準的なスプリング ベンディング マシンのメンテナンスの一部となっています。
複雑な複数の曲げ部品は、曲げ中にワイヤ ガイドのサポートが不十分な場合にねじれる可能性があるため、適切な治具設計と曲げ点付近の適切なガイド長によってこの欠陥が防止されます。
コールド スタート後の最初のいくつかの部分では、工具と機械フレームの温度がまだ安定していないため、残りの実行とはわずかに異なる角度を示すことがあります。最初の製品検査の前に短いウォームアップ サイクルを実行すると、この影響が大幅に減少します。
異なる製造ロットから納品されたワイヤは、たとえ同じ公称仕様であっても、伸線プロセスでわずかに異なるコイルセットと残留応力を保持する可能性があります。新しいワイヤロットが到着するたびに曲げプログラムを再認定するショップは、顧客に届く前にこの変動を発見します。
スプリングベンディングマシンのカテゴリは、最近の製品世代にわたって、よりスマートでより接続された機器へと著しく移行しており、オプションのアップグレードではなく、新しいマシンを購入する際にいくつかの傾向が一般的になっています。
精密曲げプロセスを通じて製造される成形ワイヤおよびスプリング部品は、幅広い業界で使用されており、多くの場合、故障するまで気付かれない部品に使用されています。
初日から許容範囲内で部品を製造できたスプリング曲げ機は、定期的なメンテナンスを行わなければ、その状態を保つことはできません。不合格品が出るのを待つのではなく、スケジュールに従って工具の摩耗を追跡しているショップでは、一貫して廃棄部品の報告が少なくなります。
| コンポーネント | 検査間隔 | 典型的な摩耗の兆候 |
|---|---|---|
| ピンとクイルを曲げる | 50000サイクルごと | 半径の平坦化またはスコアリング |
| 矯正ローラー | 100000サイクルごと | 表面の溝加工または孔食 |
| フィードローラー | 75000サイクルごと | 滑りやグリップの質感の低下 |
| カットオフブレード | 30000サイクルごと | 切断端にバリが発生する |
曲げられたワイヤまたはシートの断面を通る線で、曲げ中に材料が伸びたり圧縮されたりすることはありません。
スプールに巻き付ける際にワイヤに残る残留曲率。正確な曲げを行う前に、矯正ローラーで除去する必要があります。
工具がワイヤーを解放した後のスプリングバックを考慮して、スプリング曲げ機がターゲット角度を超えて追加する追加の角度。
完成品の内径を確立するためにワイヤーが巻かれたり曲げられたりする固定ピンまたはロッド。
プログラムされた回転によりワイヤ ガイドとベンド ピン アセンブリを運ぶベンド ヘッド上の回転チューブまたはスリーブ。
金属は繰り返し変形するにつれて剛性が徐々に増加し、延性が低下します。これにより、ワイヤーが同じ場所で何度も曲げられると亀裂が発生する可能性があります。
同じスプリング曲げ機械で実行されることもある二次操作。完成したスプリングを作業範囲をわずかに超えて圧縮または偏向させ、最終的な自由長または角度を安定させます。
曲げは、パンチ、ローラー、またはピンを使用して定義された線または軸に沿って形状を変化させる特定のタイプの成形ですが、成形は絞り、スタンピング、およびコイニング操作も含むより広いカテゴリです。
スプリングバックは、材料の降伏強度を弾性率で割った値で決まるため、同じ曲げ角度では、音楽線のような強度の高い材料は、リン青銅のような柔らかい合金よりもスプリングバックが大きくなります。
一般的な開始ガイドラインは、最小曲げ半径がワイヤ直径の 1 ～ 2 倍であることです。 ほとんどのばね鋼では、ただし、より硬い焼き戻しでは、亀裂を避けるためにより大きな半径が必要になる場合があります。
多くの CNC スプリング曲げ機は丸線専用に構成されていますが、平角線およびストリップ成形機は、異なるガイドやローラー ツールを備えた、関連するものの別個のカテゴリとして存在します。
適切にメンテナンスされた CNC スプリング曲げ機は、通常、標準的な線径でプラスまたはマイナス 1 ～ 2 度の角度公差とプラスまたはマイナス 0.1 ミリメートルの長さの公差を保持します。
はい、一般的にワイヤが細いほど、送り速度と曲げ速度が速くなりますが、ワイヤが太くて強度が高い場合は、工具のストレスや早期の摩耗を避けるために、よりゆっくりとより制御された曲げが必要になります。
単純な部品の場合、曲げは 1 つまたは 2 つだけ必要ですが、多軸機械で製造される複雑なワイヤ形状には、単一の連続サイクル内に 15 以上の個別の曲げ、コイル、切断操作が含まれる場合があります。
常にではありませんが、多くのハイカーボンおよびミュージック ワイヤー部品は、成形後の低温応力除去ベークの恩恵を受けます。これにより、硬度を大きく変えることなく残留応力が軽減され、寸法安定性が向上します。
精度の低下は、ほとんどの場合、ツーリングの磨耗、フィード ローラーの滑り、または駆動機構のバックラッシュの蓄積が原因であり、これらはすべて、この記事の前半で説明した定期メンテナンス間隔によって対処されます。
はい、ほとんどの CNC スプリング曲げ機は、プログラム内の送り力、矯正ローラー圧力、オーバーベンド補正値を調整することで、互換性のある材料を切り替えることができます。ただし、ワイヤー直径が大きく異なる場合は、物理的な工具の変更が必要になる場合があります。
2 つまたは 3 つの曲げを持つ単純な部品は、多くの場合 1 回のシフト内でプログラムおよび検証できますが、公差が厳しい複雑な複数の曲げ形状の場合は、完全な製品リリースまでにプログラミングと最初の製品の反復に数日かかる場合があります。
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