曲げ加工された板金部品を正確な完成寸法に仕上げるには、曲げ加工中に材料がどのように変化するかを考慮する必要があります。曲げ部の外側は伸び、内側は圧縮されます。 その中間には、伸びも圧縮も生じない平面、すなわち中性軸が存在します。曲げ加工時に中性軸に沿って消費された材料の長さを、展開図の計算に加算し直さなければ、曲げ加工された部品の各辺の寸法がすべて誤ったものになってしまいます。.
この計算には、密接に関連する3つの概念が関わっています。それは、材料の厚さに対して中立軸がどこに位置するかを表す「K係数」、中立軸に沿って消費される弧の長さである「曲げ余裕」、そして平らなブランク長を求めるために外側の脚の寸法から差し引かれる量である「曲げ控除」です。 特定の材料、厚さ、曲げ半径に対してこれら3つの値を正しく設定すれば、折り曲げ加工後の部品は図面通りになります。これらの値が間違っていると、すべての脚が系統的に同じ方向にずれてしまいます。これは繰り返し発生する誤差であり、原因を特定して初めて修正が可能です。.
本ガイドでは、適用される計算式、素材ごとの実用的な初期値、曲げ加工の製造性を確保するための設計ルール、およびスプリングバックに関する解説を掲載しています。これは、曲げ加工された板金部品を設計するすべてのエンジニアにとっての参考資料となります。 これらの値を実際にどのように適用するかを決定する曲げ方法（エアベンディング、ボトム曲げ、コイン曲げ）については、3つのV曲げ方法に関する専用ガイドをご覧ください。より幅広い板金加工プロセスについては、当社の 板金 成形プロセスのガイド。.
中立軸とK係数
平板が曲げられると、板の表面に平行な材料の各層は、（曲げ部の外側では）引張られ、（内側では）圧縮されます。中性軸とは、材料の厚さ方向において、ひずみがゼロ（引張も圧縮もない）となる理論上の平面のことです。 完全に応力を受けていない平板では、中性軸は中心面に位置し、これはK係数0.5に相当します。.
曲げが生じると、中性軸は曲げ部の内面に向かって移動します。この移動の程度は、曲げ部の内側半径と材料厚さの比（R/T比）、材料のひずみ硬化特性、および成形方法によって異なります。 曲げ半径が小さい（R/T比が低い）場合や、硬い材料の場合、軟らかい材料で曲げ半径が大きい場合よりも、中性軸は内面に向かってさらに移動する。.
K係数は、この位置を、内面から測定した材料の厚さに対する割合として定量化するものである：
K = t / T
ここで、t は内面から中性軸までの距離、T は材料の全厚さである。.
実務におけるK係数の典型的な値は0.30から0.50の範囲です。軟鋼のエアベンディングでは、K係数0.33が広く用いられる基準値となっています。『The Machinery’s Handbook』やSolidWorksの板金リファレンスには、特定の材料とR/Tの組み合わせに対するK係数の表が掲載されています。 頻繁に加工する材料については、実機による曲げ試験を行ってK係数を校正してください。具体的には、生産用曲げ半径でストリップを曲げ、実際に消費された平坦なブランクを測定し、曲げ余裕の計算式からK係数を逆算します。.
曲げ代算出式
曲げ余裕（BA）とは、曲げ領域を通る中性軸に沿って消費される材料の弧長のことである：
BA = θ × (R + K × T)
ここで、θは曲げ角度（ラジアン単位、度×π/180）、Rは内側曲げ半径、KはK係数、Tは材料の厚さである。.
厚さ2 mmの軟鋼（K = 0.33）を、内半径3 mmで90度の曲げ加工する場合：
θ = 90 × (π/180) = 1.5708 ラジアン
BA = 1.5708 × (3 + 0.33 × 2) = 1.5708 × 3.66 = 5.75 mm
つまり、この曲げを形成するには、平らなブランクに5.75 mmの材料が含まれている必要があるということです。この材料は曲げ部分で「消費」されるため、どちらの脚の長さにも算入することはできません。.
曲げ減算の計算式
曲げ控除（BD）とは、平らなブランク長を求めるために、外側の脚の長さの合計から差し引かれる総量のことです。これは曲げ余裕の補数であり、次のように計算されます：
BD = 2 × (R + T) × tan(θ/2) – BA
したがって、単純な2本脚の部品の平らなブランク長さは次のようになります：
平長さ ＝ 辺A（外側）＋ 辺B（外側）－ BD
同じ例を使って計算すると：BD = 2 × (3 + 2) × tan(45度) – 5.75 = 10 × 1.0 – 5.75 = 4.25 mm。 辺Aが50 mm、辺Bが40 mmの場合、平らなブランクは50 + 40 – 4.25 = 85.75 mmとなります。.
フラットパターンにおける最も一般的な誤りは、内股丈と外股丈の測定基準を混同することです。曲げ代算出には外股丈が使用されます。CADモデルで内股丈が指定されている場合は、曲げ代を適用する前に、各股に素材の厚みを加算する必要があります。最新のCADシステムではこの計算が自動的に行われますが、正しいK係数と内側半径の入力が必要です。入力データが不正確であれば、結果も不正確になります。.
材料別の最小曲げ半径
材料の最小曲げ半径よりも小さい内側半径を指定すると、曲げ部の外側の繊維に亀裂が生じます。最小曲げ半径は、材料、焼き戻し状態、およびシートの圧延結晶粒に対する曲げ方向によって異なります。.
| 素材 | 最小内径（概算） | 注記 |
| 軟鋼（A1011、CR） | 1.0 × 厚さ | 木目に垂直に曲げることで、ひび割れのリスクを半減させる |
| ステンレス鋼304 | 2.0 × 厚さ | 急速に加工硬化するため、鋭利な工具を使用してください |
| アルミニウム 5052-H32 | 厚さの1.5倍 | 汎用性の高い優れた曲げ用合金 |
| アルミニウム 6061-T6 | 3.0 × 厚さ | 曲率半径が小さいと割れが生じやすいため、必要に応じて焼鈍を行ってください |
| 銅（ハーフハード） | 1.0 × 厚さ | 延性はあるが、加工硬化が生じる。急曲げを行う場合は、焼きなましを行うこと。 |
| 真鍮（ハーフハード） | 1.0 × 厚さ | 適切な曲率半径でうまく曲がる |
これらはあくまで目安です。特定の合金ロット、板厚、成形速度における実際の最小曲げ半径については、材料サプライヤーのデータシートで確認するか、曲げ試験を行って確認する必要があります。圧延結晶粒方向（圧延方向に垂直）に曲げ加工を行うと、結晶粒方向を横切る方向の方が延性が高いため、ひび割れのリスクを確実に低減できます。 延性の低い合金で重要な曲げ加工を行う場合は、図面に結晶粒方向を明記してください。.
スプリングバック：原因と補正
スプリングバックとは、成形力が除去された後に生じる弾性回復のことです。金属は曲げ加工の際、弾性変形と塑性変形の両方を起こします。 パンチが後退すると、弾性変形部分が回復し、部品は元の平坦な状態へとスプリングバックします。スプリングバックの量は、材料の降伏強度を弾性係数で割った値に比例します。この比率（降伏強度／弾性係数）が高いほど、スプリングバックは大きくなります。.
材料ごとの実用上の影響：
- 普通鋼のスプリングバックは中程度で予測可能であり、通常、曲げ1か所あたり2～5度程度です。CNCプレスブレーキでは、プログラム内でオーバーベンド補正を行うことでこれを補正します。.
- ステンレス鋼のスプリングバックは、軟鋼に比べて降伏点対弾性率比が高いため、より大きくなります（多くの場合、5～10度程度）。そのため、綿密な監視と、材料ごとの補正係数の適用が必要となります。.
- アルミニウム6061-T6は、比較的高い降伏強度を持つため、スプリングバックが著しく生じます。T6焼きなまし状態では、半径が大きい場合、スプリングバックは8度から12度を超えることがあります。.
- 高張力鋼（HSLA、DP鋼）では、大幅な過曲げ補正が必要となります。一部の鋼種では、曲げ方法を慎重に選択しない限り、15～20度の反発が生じ、場合によっては90度を超えて反発することもあります。.
補正方法としては、CNCによるオーバーベンド補正（予想されるスプリングバック量に応じてプログラム内でパンチの深さを調整する）、エアベンディングからボトムベンディングへの切り替え（材料を金型により完全に密着させることでスプリングバックを低減する）、およびコイニング（材料を完全に降伏させることでスプリングバックの大部分を排除する）などが挙げられます。 各手法がどのような場合に適しているかについての詳細は、当社の「エアベンディング、ボトムベンディング、コインングの比較ガイド」をご覧ください。.
曲げ加工された板金部品の実用的な設計ルール
部品上のすべての曲げ箇所について、内側の曲げ半径を統一します。一貫した半径を使用することで、1つのプレスブレーキ用金型で金型交換を行うことなくすべての曲げ加工が可能となり、セットアップ時間とコストを削減できます。1つの部品で異なる半径を混在させると、金型のセットアップを複数回行う必要があります。.
フランジの長さを適切に確保してください。フランジの最小長さは、曲げ加工中にダイのショルダーに確実に載るだけの長さである必要があります。一般的な目安として、フランジの長さは、材料の厚さの4倍に曲げ半径を加えた長さ以上である必要があります。フランジが短すぎると、ダイの開口部に滑り込み、制御不能な半径で曲げられてしまいます。.
穴と曲げ線との間の最小距離を確保してください。穴が曲げ線に近すぎると、曲げ加工の際に穴が楕円形に変形してしまいます。 穴の端から曲げ線までの最小距離は、通常、材料の厚さの2倍に曲げ半径を加えた値となります。曲げ部に近づける必要がある穴については、穴をもう一方の脚に移動させるか、リリーフスロットを追加してください。.
部分的な曲げの端部には、曲げ緩和部を設けてください。曲げが部品の全幅にわたらない場合（例えば、大きなパネルの端から上向きに曲げられたタブなど）、曲げ線の角は応力集中点となります。緩和スロットやノッチがないと、曲げ端部で材料が破断してしまいます。 リリーフスロットの幅は、少なくとも材料の厚さと同じ程度とし、曲げ線から材料の厚さ分以上はみ出すようにする必要があります。.
展開図の寸法は統一してください。図面のタイトルブロックに、寸法が曲げ部の内側か外側かを明記し、展開図の寸法と成形後の寸法のどちらを基準とするかを指定してください。表記規則の不統一は、実務において展開図の誤りの最も多い原因の一つです。.
延性が低い合金では、圧延方向と平行な曲げ加工は避けてください。やむを得ず結晶粒と平行に曲げ加工を行う必要がある場合は、曲げ半径を大きくするか、より延性の高い焼戻し状態の材料に切り替えてください。.
CADを用いた展開図の作成
SolidWorks Sheet Metal、Inventor、Creo、Fusion 360 といった最新の CAD システムでは、設計者が材料、板厚、K 係数（または曲げ余裕表）を入力すると、展開図の作成が自動化されます。システムは各曲げ箇所に対する曲げ余裕を計算し、部品を自動的に展開図に変換します。 これにより、計算の負担は軽減されますが、その基礎となる力学を理解する必要性がなくなるわけではありません。K係数が間違っていると、展開図のすべての寸法が体系的にずれてしまいます。公差の厳しい成形部品を製造するには、生産で実際に使用される各「材質・板厚・曲げ半径」の組み合わせについて、実機による曲げ試験を行い、K係数を校正することが不可欠です。.
よくある質問
板金曲げにおけるK係数とは何ですか？
K係数とは、曲げ部の内面から測定した、材料厚さに対する中性軸の位置を示す比率のことです。曲げ加工前の平らなシートでは0.5ですが、曲げ加工時には、材料、厚さ、曲げ半径、成形方法に応じて、通常0.30から0.50の範囲になります。 軟鋼のエアベンディングでは、0.33という値が一般的な初期設定値となります。定期的に使用する材料については、実物による試験曲げを行い、校正を行ってください。.
曲げ代はどのように計算すればよいですか？
BA = θ × (R + K × T) を使用します。ここで、θ は曲げ角度（ラジアン単位）、R は内側曲げ半径、K は K 係数、T は材料の厚さです。 曲げ許容量は、中性軸に沿って曲げ領域で消費される材料の弧長です。これを平直部の長さに加算する（または、外側の脚部の合計から対応する曲げ控除量を差し引く）ことで、正しい平直ブランク長を算出します。.
板金の最小曲げ半径はどれくらいですか？
おおよその最小値は、軟鋼および銅の場合は材料厚さの1倍、5052アルミニウムの場合は1.5倍、ステンレス鋼304の場合は2倍、6061-T6アルミニウムの場合は3倍です。 必ず、特定の合金および焼戻し状態のデータシートと照らし合わせて確認してください。圧延結晶粒方向に対して直角に曲げ加工を行うと、亀裂のリスクが低減され、ほとんどの合金においてより小さな曲げ半径が可能になります。.
なぜ曲げ加工した部品の長さが指定通りにならないのですか？
最も一般的な原因としては、CADモデルにおけるK係数の入力ミス、プログラムでスプリングバックが考慮されていないこと、金型の摩耗による有効曲げ半径の変化、あるいは内側と外側の脚部の測定基準に一貫性がないことが挙げられます。 実際の曲げ半径と材料を用いて試験曲げを行い、K係数を校正し、CNCプログラムにスプリングバック補正が含まれていることを確認し、図面全体を通じて寸法表記の規則が統一されていることを確認してください。.
