曲げ近くの穴位置を保ち、穴の変形を防ぐ板金部品の設計ポイント

加工屋さんから穴位置の変更を相談され、仕様変更をした経験はありませんか？実は曲げ近くに穴があると、加工方法によっては穴の変形が起きやすくなるためです。そこで今回は、なぜ変形の恐れがあるのか、また変形を予防するための設計ポイントについて詳しくご紹介します。低コスト・短納期につながるかも！ぜひ今後の設計のご参考にしてみてください！

「曲げ近くの穴」について解説！

曲げ近くにある穴が変形しやすいのは理由や、曲げ近くの穴位置を保ちたい場合のポイントを解説します。

【実際に変形してしまった「曲げ近くの穴」】

曲げ加工時、ワークの内外には力が発生している

図1_AとBは、金型で板状のワーク（灰色部分）を曲げる様子を横から見た図です。板金の曲げ加工は、図1_Aのように上から黒い矢印方向に金型を押し当て、力を加え変形させています。その際に板状のワークにかかっている力は、内側は圧縮方向へ、外側は引張り方向へ発生しています（図1_B）。この力は、位置が曲げに近いほど強くなります 。

曲げ近くにある穴ほど、曲げ加工時に発生する力の影響で穴の形状が変形しやすい

曲げと穴がある形状の場合、穴をあけてから曲げ加工を行います。そのため、 穴が曲げの近くであるほど、曲げ加工時に発生する力の影響を受けて形状が変形する可能性があります。（曲げ加工後に穴をあける手順もありますが、物理的に難しい形状の場合や加工工数・高い技術を要するため高コスト、納期が長くなる要因になります）

まずはワークの外側（引張り方向）にかかる力の流れを説明します（図2）。曲げ加工時、ワークの外側は(1)の方向に引張られますが、穴付近では(1)から穴の両側(2)の方向へ力が働きます。

次に、ワークの内側（圧縮方向）です（図3）。曲げ加工時、ワークの内側では(3)の方向に圧縮されますが、穴付近で(3)から穴の中心方向(4)へ力が働きます。

「曲げ近くの穴」は以上のような力の影響で、外側は引張られる方向へ変形、穴の内側から外側方向へめくれて変形する可能性があります。

変形予防の方法は「逃げ穴」をつくること！曲げ加工時に発生する力を逃す役割になる

曲げの近くに穴がある形状で製作したい場合は、 曲げ線上に開口部「逃げ穴」をつくる方法があります。

「逃げ穴」をつくることによって、曲げ加工時にワークにかかる力がどのように変化するのか、まずは、ワークの外側（引張り方向）から説明します（図4）。「逃げ穴」があることで、元の穴の変形要因となる(5)の力が無くなり、(1)の力のみとなります。

次に、ワークの内側（圧縮方向）の力です（図5）。こちらも、元の穴の変形要因となる(6)の力が、「逃げ穴」がある(7)の方向へ逃げることになり、変形を防ぐことができます。

形状や穴種によっては、「逃げ穴」対策をしない時の「曲げと穴の距離」に比べ、 対策するとその半分近く距離を縮めた位置で、穴の変形を防いで加工することができるようになります 。

「曲げ近くの穴」の変形を防ぐには、変形の要因となる力を逃すことが重要。
「逃げ穴」をつくる具体的方法をご紹介！

開口部「逃げ穴」をつくり、穴の変形を予防！

曲げ線上に開口部「逃げ穴」をつくることで、穴の変形を予防することができます。「変形を予防したい穴」へかかる、曲げ加工時の力を「逃げ穴」へ逃すことができるからです。

「逃げ穴」をつくるポイントと推奨条件

図1のように、「変形を予防したい穴」を中心軸として、近くの曲げ部（フィレット）に沿った開口部「逃げ穴」をつくってください。また「逃げ穴」は、以下の寸法でつくることを推奨しています。

< 推奨条件 >

開口幅：対象の穴幅に対し左右とも板厚以上にすること（図1）
開口幅 ≧ 穴幅＋板厚×2
例えば、穴幅7㎜、板厚3㎜の場合の開口幅は、
φ7 + 板厚3mm x 2＝13㎜以上　が推奨寸法となります。
開口高さ・奥行：板厚の1.5倍以上にすること（図2）
開口高さ・奥行 ≧ 1.5 × 板厚
開口高さ：モデリングしている曲げR以上にすること