エアベンディング、ボトムベンディング、コインベンディング：3つのV字曲げ加工法

プレスブレーキでは、同じV型ダイを使用して3通りの異なる方法で曲げ加工を行うことができます。エアベンディングでは、シートがダイの底面に接触する前にパンチを停止させ、パンチの深さだけで角度を設定し、エアギャップを残します。 ボトミングでは、シートをダイの壁面に完全に押し付けるため、金型の形状によって曲げ角度が制御されます。コインイングでは、パンチの先端を極度の力で金属に押し込み、曲げ線に沿って材料を薄くし、スプリングバックを最小限に抑えながら角度を固定します。.

エアベンディングからボトム加工、コイン加工へと進むにつれて、必要な力、精度、および金型コストは増加します。一方、柔軟性と経済性は逆の傾向を示します。ほとんどの加工作業において、エアベンディングが経済的な標準手法となります。ボトム加工やコイン加工は、特定の公差や再現性が求められる場合に採用される高度な手法であり、本ガイドでは、これらが具体的にどのような場合に適用されるかを詳しく解説しています。.

本ガイドでは、各手法の仕組み、力とスプリングバックのトレードオフ、材料に関する考慮事項、および実用的な判断基準について解説します。曲げ加工における寸法設計のルールについては、当社の  板金曲げ設計ガイド. 板金成形加工の全ラインナップについては、当社の  板金成形プロセス ガイド。.

エアベンディング：仕組みとトレードオフ

エアベンディングでは、パンチがV型ダイに下降し、シートがパンチの先端と2つのダイショルダーの3点で接触するまで進みます。シートはショルダー間のダイ開口部にまたがり、その下にはエアギャップが残ります。 曲げ角度を決定するのは、ダイの形状ではなく、パンチの沈み込み深さです。パンチの移動距離を調整することで、同じ金型セットを用いて、ダイの開口角度よりも浅い範囲のさまざまな角度の曲げ加工を行うことができます。.

これがエアベンディングの最大の利点です。1組のパンチとダイの組み合わせで、さまざまな角度の曲げ加工が可能になります。90度のダイであれば、パンチのストロークを調整することで、90度から約175度までの範囲で曲げ加工を行うことができます。 実際には、これにより金型の交換回数が減り、さまざまな角度の部品に対する柔軟性が高まるため、プログラミングやセットアップの時間を短縮できます。.

その代償となるのがスプリングバックです。パンチが後退すると、曲げひずみの弾性部分が回復し、部品は平坦な状態に向かって跳ね返ります。スプリングバックの角度は、材料の降伏強度や加工硬化特性、曲げ半径と厚さの比率、および金型の開口幅によって決まります。 高降伏強度の材料（304ステンレス鋼、6061-T6アルミニウム、高強度冷間圧延鋼など）は、軟鋼や焼きなましアルミニウムよりも大きなスプリングバックが生じます。 CNCプレスブレーキのコントローラは、過曲げを行うことでこれを補正しますが、この補正は公称材料特性に基づいており、コイルごとの材料ばらつきによって異なります。.

エアベンディングは、材料を金型の表面に押し付けるのではなく、曲げ力が金型の開口幅全体に作用するため、3つの方法の中で最も少ないトン数で済みます。これにより、軽量なプレス機でも実用可能となり、金型の摩耗も軽減されます。.

ボトムアウト：メカニズムとトレードオフ

ボトムベンディング（ボトムプレスやタッチダイベンディングとも呼ばれる）は、シートをV型ダイの側壁に押し付ける加工法です。 エアベンディングとは異なり、材料はダイの表面に密着するため、曲げ角度はパンチの深さだけではなく、金型の形状によって決定されます。これにより、角度制御がプログラムからダイに移行し、スプリングバックが著しく少なく、より一貫性があり再現性の高い曲げ加工が可能になります。.

ボトム成形には、同じ材質・厚さの材料の場合、エアベンディングの3～5倍のトン数が必要となります。シートを単にスパン上で曲げるのではなく、金型にぴったりと沿わせる必要があるため、はるかに大きな力が必要となります。プレス機は、材質、厚さ、フランジ長さの組み合わせに対応できる十分な能力を備えている必要があり、また、目標角度ごとに個別の金型が必要となります。 目標角度を変更するには、金型を交換する必要があります。.

底面でのスプリングバックは低減されるものの、完全に排除されるわけではありません。曲げ半径部分の材料は、コイニングの場合のように完全に塑性変形するわけではないため、ある程度の弾性回復が依然として生じます。しかし、材料の形状がより厳密に制御されるため、エアベンディングに比べてスプリングバックはより安定しており、予測しやすくなっています。 金型メーカーは、公称目標値よりもわずかに鋭角になるようダイ角を設計することで、残留スプリングバックを考慮に入れています。.

ボトム加工は、固定角度の部品を大量生産する場合で、公差要件がエアベンディングによるスプリングバック補正では確実に達成できないほど厳しい場合に適切な選択となります。具体的には、角度公差が±1度より厳しい場合や、材料のロットばらつきによって生じる角度のばらつきがプログラム調整では補正できない場合などが挙げられます。.

コイン作成：仕組みとトレードオフ

コイニングでは、曲げ線上の板金外層にパンチの先端を押し込むために、エアベンディングに必要なトン数の10倍以上にも及ぶ極めて大きな力が加えられます。 材料は圧縮および引張の両方で完全に塑性変形し、塑性ひずみは弾性範囲をはるかに超え、曲げ頂点部では材料がわずかに薄くなります。この完全な塑性化により、弾性回復は最小限に抑えられ、金型と材料の適合性が良好な場合、スプリングバックは通常0.5度未満となります。.

その結果、プレスブレーキで実現可能な、最も正確で再現性の高い角度が得られます。コイニング加工では、  角度公差 ±0.25度以下の精度であり、形成されるきめ細やかで鋭い内側半径は、ロット内の材料強度のばらつきにかかわらず、生産ロット全体を通じて一貫しています。.

コストは莫大です。プレス機は、はるかに大きなトン数を発生させる必要があります。 作用する力がはるかに大きいため、金型の摩耗が早まります。鋭く薄くなった曲げ半径は応力集中を引き起こすため、部品に動的荷重がかかる場合は、疲労解析においてこれを考慮する必要があります。ほとんどの部品のほとんどの形状において、コイニングは不必要なコストです。しかし、真にコイニングを必要とする形状については、これに代わる方法はありません。.

比較：エアベンディング vs ボトムイング vs コインイング

スプリングバックの徹底解説：その重要性と各手法における対応方法

スプリングバックとは、曲げ力が除去された後に生じる弾性回復のことです。金属は曲げられる際、一部は弾性変形し、一部は塑性変形します。塑性変形した部分は変形したままになりますが、弾性変形した部分は元の形状に戻ります。この比率は、材料の降伏強度を弾性係数で割った値によって決まります。この比率が大きいほど、スプリングバックは大きくなります。.

304ステンレス鋼、17-4 PH、および6061-T6アルミニウムは、いずれも降伏比が比較的高く、著しいスプリングバックが生じます。軟鋼（A36またはA1011）はスプリングバックが比較的少ないです。一般的な材料の中では、焼きなましアルミニウムのスプリングバックが最も少ないです。.

エアベンディングでは、CNCコントローラにプログラムされたオーバーベンド補正機能により、スプリングバックを制御します。コントローラは、材質、板厚、形状に基づいたスプリングバックモデルを用いて、必要なパンチ深さを算出します。この方法は、材質が均一な場合には有効ですが、降伏強度や加工硬化率のロット間のばらつきには敏感です。.

ボトム加工は、材料を金型に密着させることで、スプリングバックをより安定させます。残留スプリングバックは小さくなり、予測しやすくなるため、金型設計における補正が容易になります。コイン加工は、曲げ半径部分で材料を完全に降伏させることで、スプリングバックの問題の大部分を解消します。.

設計の観点からは、機能要件上実際に必要な最も厳しい公差範囲を指定し、それ以上厳格にしないこと。ボトム加工で公差が達成できる場合にボトム加工を指定することは、メリットがないにもかかわらずコストを増大させる。また、スプリングバック補正を施したエアベンディングで十分な場合にボトム加工を指定することも、同様にコスト増につながる。.

単一の部品における混合方法

多くの部品では、特徴に応じて異なる加工法を採用することでメリットが得られます。例えば、板金筐体の場合、メインパネルのフランジには±2度のエアベンディング、コネクタ面用の切り欠きフランジには±1度のボトム加工、そして単一の精密取り付けフランジには±0.25度のコイン加工が用いられることがあります。 加工方法の併用は一般的な慣行であり、図面上で各形状ごとに指定されます。これは、公差の注記（製造業者が解釈する）として、あるいは設計者に明確な希望がある場合には、具体的な加工方法の指定として行われます。.

図面に公差のみが指定され、加工方法が指定されていない場合、加工業者は各公差を確実に達成できる最も経済的な加工方法を選択します。ほとんどの場合、これにより、設計者が曲げ加工方法を明示的に指定する必要がなく、コスト面で最良の結果が得られます。.

選び方：意思決定のフレームワーク

まずはエアベンディングから始めましょう。角度公差が±1度以下である部品については、CNCによるスプリングバック補正機能を備えたエアベンディングが、デフォルトとして最適な選択肢となります。これは最も柔軟性が高く、プレス荷重を最小限に抑えられ、幅広い材料に対応できる最も経済的な選択肢です。.

量産される部品において、角度公差が±1度より厳しくなる場合は、ボトム加工に切り替えてください。長期間にわたって一貫して同じ角度を維持する必要があり、かつ材料のばらつきをプログラム調整では補正できない場合、ボトム加工はエアベンディングでは得られない再現性を提供します。.

±0.5度よりも厳しい精度が要求される形状、材料の厚さに迫るほど鋭い内側半径、あるいは特定の材料におけるスプリングバックのばらつきにより底面までの加工が不十分となる場合のみ、コイン加工を指定してください。コイン加工は、どの部品においても例外的な措置であり、原則とするべきではありません。.

よくある質問

「エアベンディング」と「ボトミング」の主な違いは何ですか？

エアベンディングでは、パンチの深さによって角度を設定し、シートと金型底面との間にエアギャップを残します。これにより柔軟性が高まり（1セットの金型で多くの角度に対応可能）、一方でスプリングバックは大きくなり、ばらつきも増します。 ボトムングでは、シートを金型の壁面に完全に押し付け、角度制御を金型の形状に委ねます。その結果、より高精度で再現性の高い加工が可能になりますが、その代償として、角度ごとに専用の金型が必要となり、必要なプレストン数も高くなります。.

なぜコイニング加工を行うとスプリングバックがこれほどまでに軽減されるのでしょうか？

コイニング加工では、曲げ半径の箇所でパンチの先端を金属に押し込むために極めて強い力を加え、材料を完全に塑性変形させ、わずかに薄めます。塑性変形の程度が十分に大きいため、弾性回復（スプリングバック）は最小限に抑えられ、部品は金型で成形された角度からわずか数分の1度以内の誤差に収まります。.

どの方法が最もプレス荷重が少ないですか？

断然、エアベンディングです。通常、同じ材質・厚さの場合、ボトム加工にはエアベンディングの3～5倍のトン数が必要となります。コイニング加工では10倍以上必要になることもあります。どの加工法が利用可能かは、プレス機の能力によって決まります。.

どのような場合に、エアベンディングをデフォルトに設定すべきでしょうか？

エアベンディングは、板金部品の大部分にとって最適なデフォルトの加工方法です。具体的には、角度公差が±1度以下である部品、部品の形状や材質がCNCスプリングバック補正の範囲内にある部品、および金型の柔軟性や低プレストン数が重要な部品が該当します。 特定の公差や再現性の要件がそれを必要とする場合にのみ、ボトムングやコインングに移行してください。.

1つの部品で複数の曲げ加工方法を併用することは可能ですか？

はい、それはよくあることです。重要な曲げ箇所が1か所あり、その許容誤差が±0.25度で、その他に許容誤差が±1.5度の標準的なフランジがいくつかある部品の場合、重要な曲げ箇所にはコイニングを、それ以外の箇所にはエアベンディングを用いることがあります。加工方法の併用については、図面上で各部材ごとに、公差の注記または具体的な加工方法の指定として明記されます。.