板金の曲げ半径：工程と材料が決める最小値

板材を曲げると、曲げの外側は伸び、内側は圧縮されます。破壊は外側から、引張による割れとして始まります。ひずみが材料の許容量を超えたときです。ひずみは半径と板厚の比で決まるため、同じ半径でも、材料が厚くなるほど厳しくなります。

これが、軟鋼では最小内側半径は板厚に等しいという、よく知られた目安の由来です。有用な既定値ですが、万能の規則としては不十分です。伸びの値、調質、そして圧延方向に対する曲げの向きについて、何も語っていないからです。

曲げ半径は、どちらを指すか明示しなければ曖昧です。内側半径はパンチまたはダイの開きによって決まり、工具が決める寸法です。外側半径は内側半径に板厚を加えたものです。中立軸は両者の間に位置するため、展開図の長さは、モデルをどちらから作ったかによって変わります。

指定するのは内側半径とし、全体に共通の注記ではなく、フィーチャーごとに指定します。「最小曲げ半径 1 × t」と書きながら、最もきつい曲げが 0.4 × t である形状を併記した図面は、DFM レビューで指摘されます。それよりも、望む形状を指定し、工具で製作できるかを工場に確認してもらうほうが早く進みます。

• 圧延方向に沿うのではなく、横切って曲げている。材料は圧延方向を横切るほうが延性が低い。バリのあるせん断エッジやレーザー切断エッジを曲げ線が通っている。バリが応力集中部として働くため。半径が材料の最小値を下回っている。特に硬質調質のアルミニウムで起こる。
• 穴に近すぎる位置に曲げがあり、穴が変形し、その周囲の材料が破断する。推奨のダイの開きより狭い工具で曲げており、実効的なひずみが厳しくなる。1 回目の曲げにすぐ隣接して 2 回目の曲げがあり、加工硬化した領域が再び曲げられる。

材料がより小さな半径を許容する場合でも、工具が対応できないことがあります。エアベンディングでは内側半径はダイの開きから決まり、標準的なプレスブレーキの工具は限られたパンチ形状しか持ちません。手持ちのパンチより小さな指定は、専用工具か別の工程を意味します。

工場が、材料としては技術的に成立する半径を広げてほしいと頼むことがあるのは、このためです。制約は金属ではなく、その幅で、部品に傷を付けずに成形できるパンチが存在するかどうかにあります。発注前に部品のコストを知りたい場合、曲げ半径はコストモデルが使う入力の一つです。