ロール曲げ最小径 計算ツール｜3本ロール加工の最小R、材質別係数とスプリングバック補正

ロール曲げ最小Rの計算式

最小曲げ内径R(mm) = 板厚t × 材質係数k

最小外径D = 2R + 2t(片側肉厚)

スプリングバック補正R' = R × (1 − s%)

ロール曲げの最小曲げ内径は、材料の延性・降伏応力・加工硬化率で決まる限界値です。板厚を1とすると、SS400は5倍、SUS304は6倍、A5052は2.5倍、A7075は8倍が冷間ロール曲げの実用最小R係数とされます。厚板ほど、また高強度材ほど大きなRが必要になり、それ以下では割れ・スプリングバック過大・断面変形が発生します。

例:3mm板SS400の最小内径R=3×5=15mm(内径Φ30mm相当)、6mm板SUS304の最小内径R=6×6=36mm(内径Φ72mm相当)。実用設計では最小Rから20〜30%の安全率を見込むのが標準で、板厚3mmのSS400なら実用最小R=18〜20mm(Φ36〜Φ40)を推奨します。

スプリングバックは「曲げ加工後に材料が弾性回復して形状が戻る現象」で、材質・板厚・曲げRで2〜15%程度変化します。目標R=100mmを得るには、材質SS400・板厚3mmでスプリングバック5%なら、加工時にR=95mmで曲げてスプリングバック後にR=100mmとなる補正が必要です。本ツールでは材質・板厚・加工方式から最小R・補正R・加工可否を一括算出します。

材質別 最小R早見表(3mm板・冷間加工)

ロール曲げ最小径の詳しい解説

ロール曲げは「タンク・配管・化粧金物・建築ドームの円筒加工」で、3本ロール曲げ機に板を通し、上下ロールで押しつけて円弧状に成形する冷間加工技術です。板厚1〜50mm・幅300〜3000mmの範囲で製作でき、大型タンク・圧力容器・煙突・柱・煙管の胴部が代表的な製品です。

材質の延性で最小Rが決まり、SUS・高強度アルミは割れやすく大Rが必要です。設計時にこの制約を反映しないと製造不可となり、設計変更→原価増→納期遅延の連鎖が発生します。板厚が厚くなるほど曲げ抵抗が指数関数的に増大し、板厚10mm超では大型3本ロール機(500t級)、板厚30mm超では熱間加工(600℃以上)への移行が実務標準です。

ロール曲げの成形メカニズムは「材料の弾塑性変形+加工硬化」で、上下ロールの押し込み量と送り速度で曲げRを制御します。冷間加工では材料温度が変わらない代わりに加工硬化(降伏強度が上昇)が発生し、スプリングバック(弾性回復)量も大きくなります。熱間加工(オーステナイト系鋼で900℃以上)では加工硬化が消え、スプリングバックがほぼゼロになるため、精密円筒加工では熱間+焼準の組合せが理想的です。

近年はCNC制御の3本ロール機・4本ロール機が普及し、板を1回通しでプリベンド(端部曲げ)から本曲げまで自動化。従来の熟練工の勘に頼っていた工程が数値制御で再現性向上し、生産効率+品質安定に貢献しています。半自動機で1シフト20〜30缶(タンク胴)、完全自動機で50缶以上が量産標準です。

スプリングバック補正

スプリングバック(Springback)は「曲げ後の弾性回復による形状変化」で、材質・板厚・曲げRで2〜15%変動します。実用設計では補正後Rで加工する必要があります。

材質別スプリングバック率

SS400・SPHC=3〜5%、SUS304=5〜10%、SUS316L=7〜12%、A5052=2〜4%、A7075=8〜15%、S45C(焼準)=5〜8%。高強度材ほど大きく、軟質材ほど小さい。

板厚とRの影響

薄板+大Rでスプリングバックが最大化(t=1mm・R=200mmで10〜15%)、厚板+小Rで最小化(t=10mm・R=50mmで2〜3%)。曲げ弾塑性理論のK'=1-(3σy R)/(Et)で予測可能。

実務での補正手順

①目標R=100mmを設定、②材質から予想スプリングバック5%を求める、③補正曲げR=100/(1-0.05)=105.3mmで加工、④スプリングバック後にR=100mmを取得。試し曲げで実測→補正値微調整が最終ステップ。

過補正のリスク

スプリングバック補正しすぎると小Rで割れ発生・材料損失。特にSUS高強度・アルミ7075では慎重な補正が必要。試作片(200×板厚)で事前検証が業界標準。

ロール曲げ機の種類

冷間と熱間の使い分け

冷間ロール曲げ(常温)

薄板〜中板(1〜25mm)の一般加工。加工硬化・スプリングバックあり、寸法精度は±1〜3mm。工程が単純でコスト最小。SS400・SUS304・A5052で標準採用。

温間加工(200〜400℃)

マルテンサイト系ステン・高炭素鋼向け。ヒータ加熱で加工硬化緩和、スプリングバック半減。SUS410・S45C・S55Cで採用。

熱間ロール曲げ(600〜1200℃)

厚板30mm超・高強度材・小Rが必要な場合。加熱炉+搬送設備が必要で工程複雑化。SUS316L・SS400厚板・S45Cの精密円筒加工で採用。加工後の焼準・焼入で最終硬度調整。

加工方式選定基準

①板厚<10mm→冷間で標準、②板厚10-30mm→設計R>板厚×係数なら冷間、以下なら温間、③板厚30mm超or高強度材→熱間必須、④精密円筒(寸法精度±0.5mm以下)→熱間+焼準。

業界・現場での使い方

実務ケーススタディ

ケースA：タンク胴(SS400・板厚6mm・φ2000mm)

最小R係数5×板厚6mm=30mm(内径Φ60mm相当)。実際の設計R=1000mm(φ2000mm)は最小Rの33倍で余裕。3本ロール500t級で冷間加工、スプリングバック3%を見込んで補正R=970mmで加工→φ2000mm精度±3mm達成。

ケースB：化粧金物(SUS304・板厚1.5mm・φ200mm)

最小R係数6×板厚1.5mm=9mm。設計R=100mmは十分。冷間加工でスプリングバック7%を考慮し補正R=93mmで加工。SUSミラー仕上げのため加工前に表面保護テープ貼付、加工後にバフ研磨仕上げ。

ケースC：航空機部品(A7075・板厚2mm・φ80mm)

最小R係数8×板厚2mm=16mm。設計R=40mmはギリギリ最小Rの2.5倍で加工可能。冷間だとスプリングバック10%以上のため温間200℃で加工、補正R=36mmで曲げ→スプリングバック後R=40mm達成。加工後T6処理で最終強度発現。

よくある間違い・注意点

• 小R無理曲げ — 最小R以下で加工すると割れ・断面変形・寸法不良。設計段階で材質・板厚別の最小Rを反映するのが原則。
• 材質延性の無視 — SUS・高強度アルミは大R必要。SS400と同感覚で設計すると製造不可に。材質係数表の参照必須。
• スプリングバック無補正 — 補正なしで曲げると目標R+5〜10%大きい結果に。仕上げ寸法不良で手直しが必要。
• プリベンド不良 — 3本ロールでは板端の未曲げ部分(50〜100mm)が発生。溶接前に別途プレスで端曲げ、または4本ロールで一体加工を選択。
• 面荒れ・キズ — 硬いロール表面でSUSミラー材に傷。保護テープ貼付、ゴムライナ付ロール、加工後研磨で対応。
• 圧延方向の考慮不足 — 圧延平行方向は延性小、直角方向は延性大。同じ材料でも方向で最小Rが変わる。設計時に指示。
• 大板の割れ — 幅3m超の広幅材はロール中央部で曲げが集中し割れ発生。多段プレス曲げ・順次ロールで分散加工が必要。
• 加工履歴の伝達不足 — 曲げ後に溶接・熱処理・機械加工が続く場合、加工履歴(スプリングバック補正・熱ひずみ)を後工程に伝えないと最終寸法不良に。

関連する規格・法規

• JIS B 6407 板巻ロール — 3本ロール曲げ機の寸法・精度・安全基準。
• JIS Z 2248 金属材料曲げ試験方法 — 曲げ試験の標準手順、最小R決定の基礎。
• JIS Z 2247 深絞り試験方法 — 板材の成形限界試験。
• JIS G 3101 一般構造用圧延鋼材(SS400) — 材質規格。
• JIS G 3131 熱間圧延軟鋼板(SPHC) — 熱延軟鋼板の材質・寸法。
• JIS G 4304 熱間圧延ステンレス鋼板(SUS304) — ステンレス鋼板規格。
• JIS H 4000 アルミニウム板(A5052/A7075) — アルミ材質規格。
• 労働安全衛生規則 第174条 — プレス機械・ロール機の安全対策(手挟み防止・ガード設置)。

※本ツールは公的基準に基づく参考計算です。実際の加工設計・仕様書作成は最新の規格および有資格の板金技能士・機械設計技術者の判断に従ってください。

参考文献・公的資料

ロール曲げ加工・板金設計の詳細は以下の公的機関・業界団体の一次資料を参照してください。

• 日本産業標準調査会(JISC) — JIS B 6407・JIS Z 2248等の板金・曲げ加工規格。
• 日本機械学会(JSME) — 機械設計・板金加工の学術団体。
• 日本製鋼所(JSW) — 大型ロール機メーカー、技術資料。
• 日本鉄鋼連盟 — 鉄鋼材料の統計・技術情報。
• ステンレス協会 — SUS材の加工技術・耐食性データ。
• 日本アルミニウム協会 — アルミ材の加工技術・機械的性質。
• 大阪大学接合科学研究所 — 溶接・接合・板金加工の研究機関。
• 厚生労働省 労働安全衛生部 — 労働安全衛生規則・機械安全基準。
• 全国鉄工連合会 — 中小板金業の業界団体、技能士検定情報。
• 国土交通省 建築指導課 — 建築構造物の鋼材使用基準。
• 高圧ガス保安協会 — 圧力容器・LPGタンクの構造規格。
• 三菱重工業 — 大型ロール機・板金設備メーカー。

よくある質問（FAQ）

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