CN102791395A - 弯曲构件的制造方法及制造装置 - Google Patents

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Abstract

通过使用专利文献1的制造装置在钢管的周向上均匀地、且在钢管的轴向上较窄的范围内稳定地形成高温部，由此，制造具有优异的尺寸精度的弯曲构件。一边进给钢管（1）一边在第1位置（A）处支承该钢管（1），在第2位置（B）处利用感应加热线圈（14）对钢管（1）进行感应加热，并且，在第3位置（C）处冷却钢管（1），由此，形成向钢管（1）的轴向移动的高温部（1a），并且，通过在区域（D）中向三维方向改变钢管（1）的把持机构（15）的位置，对高温部（1a）施加弯曲力矩，从而制造弯曲构件。在钢管（1）的壁厚为2.0mm以下的情况下，使钢管（1）的进给速度V为5mm/sec～150mm/sec，向匝数为一的感应加热线圈（14）供给5kHz～100kHz的交流电流。并且，在钢管（1）的壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm的情况下，使用匝数为二的感应加热线圈（14），且调整向感应加热线圈（14）供给的交流电流的电流频率f（kHz）及钢管（1）的进给速度V（mm/sec），而使它们满足f＜3000/V及f≥0.08V的关系，其中5kHz≤f≤100kHz，5mm/sec≤V≤150mm/sec。

Description

弯曲构件的制造方法及制造装置
技术领域
本发明涉及弯曲构件的制造方法及制造装置。
背景技术
金属制的强度构件、加强构件或者结构构件被用于汽车、各种机械。上述构件要求为高强度、轻型且小型。以往以来，上述构件通过焊接钢制的冲压加工品、冲切厚钢板、以及锻造铝合金制造而成。由上述制造方法实现的、弯曲构件的轻型化及小型化已经达到极限。本申请人通过专利文献1公开了一种弯曲构件的制造装置。
图12是表示该制造装置0的概略的说明图。制造装置0一边利用进给机构3将由支承机构2支承成向金属管1（在以后的说明中，以金属管为钢管的情况为例）的轴向移动自如的该钢管1从上游侧朝向下游侧地进给，一边在支承机构2的下游对钢管1进行弯曲加工，由此，来制造弯曲构件8。
感应加热线圈5在支承机构2的下游将向钢管1的轴向进给的该钢管1快速地感应加热到可以局部地进行淬火的温度范围（Ac3点以上）。水冷机构6在紧接在感应加热线圈5的下游快速地冷却钢管1。由此，在钢管1中局部地形成向钢管1的轴向移动的高温部1a。高温部1a的变形阻力比其他部分的变形阻力小得多。
可动辊模4具有至少一组辊对4a。辊对4a一边进给钢管1一边支承钢管1。可动辊模4在水冷机构6的下游的区域中，一边支承钢管1一边向二维或者三维方向移动，由此，对高温部1a施加弯曲力矩。
这样一来，制造装置0通过使用了比较廉价的构成部件2～6的简单的工序，以较高的作业效率对钢管1进行弯曲加工，从而制造具有所希望的形状的高强度（例如抗拉强度：780MPa以上）的弯曲构件8。
专利文献1：国际公开第2006/093006号小册子
发明内容
发明要解决的问题
在制造装置0中，为了制造具有优异的尺寸精度的弯曲构件8，在钢管1的周向上均匀地且在钢管1的轴向上的较窄的范围内形成高温部1a变得极其重要。
通常，形成高温部1a的范围会根据钢管1的进给速度、钢管1的壁厚、以及向感应加热线圈5供给的电流的频率（在本说明书中称作“电流频率”）的不同而发生很大变化。若上述条件不恰当，则无法使高温部1a形成为所希望的状态，弯曲构件8的尺寸精度会降低。
用于解决问题的方案
本发明基于如下的新见解，即，为了通过使用制造装置0在钢管1的周向上均匀地、且在轴向上的较窄的范围内稳定地形成高温部1a，以下的做法是有效的：（a）在钢管1的壁厚为2.0mm以下的情况下，使钢管1的进给速度V为5mm/sec～150mm/sec，并且使用匝数为一的感应加热线圈作为感应加热线圈5，且向该感应加热线圈5供给电流频率为5kHz～100kHz的交流电流；（b）在钢管1的壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm的情况下，使用匝数为二的感应加热线圈作为感应加热线圈5，调整感应加热线圈5的电流频率f（kHz）及钢管1的进给速度V（mm/sec），而使它们满足（1）式：f＜3000/V及（2）式：f≥0.08V的关系。
本发明是一种弯曲构件的制造方法，其一边将具有闭合的横截面形状的长尺寸且空心的金属材料向该金属材料的纵长方向进给一边在第1位置处支承金属材料，在位于比第1位置靠金属材料的进给方向下游的第2位置处利用感应加热线圈对金属材料进行感应加热，并且，在位于比第2位置靠金属材料的进给方向下游的第3位置处冷却金属材料，由此，形成向金属材料的轴向移动的高温部，并且，在位于比第3位置靠金属材料的进给方向下游的区域中，通过向三维方向改变把持金属材料的把持机构的位置，对高温部施加弯曲力矩，由此，制造朝向纵长方向断续地或者连续地具有三维弯曲的弯曲部的弯曲构件，其特征在于，在金属材料的壁厚为2.0mm以下的情况下，使金属材料的进给速度为5mm/sec～150mm/sec，并且，使用匝数为一的感应加热线圈作为感应加热线圈，且向感应加热线圈供给电流频率为5kHz～100kHz的交流电流，和/或在金属材料的壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm的情况下，使用匝数为二的感应加热线圈作为感应加热线圈，调整感应加热线圈的电流频率f（kHz）及金属材料的进给速度V（mm/sec），而使它们满足（1）式：f＜3000/V及（2）式：f≥0.08V的关系。其中，5kHz≤f≤100kHz，5mm/sec≤V≤150mm/sec。
从另一观点出发，本发明是一种弯曲构件的制造装置，其包括：进给机构，其用于将具有闭合的横截面形状的长尺寸且空心的金属材料向该金属材料的纵长方向进给；支承机构，其用于在第1位置处支承被进给的金属材料；加热机构，其用于在比第1位置靠金属材料的进给方向下游的第2位置处对被进给的金属材料进行感应加热；冷却机构，其用于通过在比第2位置靠金属材料的进给方向下游的第3位置处冷却被进给的金属材料，在该金属材料中局部地形成向金属材料的轴向移动的高温部；以及把持机构，其用于通过在位于比第3位置靠金属材料的进给方向下游的区域中一边把持被进给的金属材料一边向三维方向移动，对高温部施加弯曲力矩，其特征在于，在金属材料的壁厚为2.0mm以下的情况下，进给机构以5mm/sec～150mm/sec的进给速度V进给金属材料，并且，加热机构具有匝数为一的感应加热线圈，且感应加热线圈被供给有电流频率为5kHz～100kHz的交流电流，和/或在金属材料的壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm的情况下，加热机构具有匝数为二的感应加热线圈，并且，进给机构及加热机构调整进给机构中的金属材料的进给速度V（mm/sec）及感应加热线圈的电流频率f（kHz），而使它们满足f＜3000/V及f≥0.08V的关系。其中，5kHz≤f≤100kHz，5mm/sec≤V≤150mm/sec。
上述本发明基于金属材料的壁厚是在2.0mm以下还是大于2.0mm小于等于3.0mm，即，考虑到金属材料的壁厚，在上述任一种条件下均可以制造弯曲构件。
在这些本发明中，期望满足以下条件中的至少一个条件：
（A）弯曲构件在纵长方向上具有至少两个曲率半径彼此不同的部分；
（B）金属材料具有圆形、矩形、椭圆形、长圆形、多边形、由多边形与圆的组合或者由多边形与椭圆的组合构成的横截面形状；
（C）把持机构通过插入到金属材料的顶端部的内部中进行配置、或者抵接于金属材料的顶端部的外表面进行配置来把持金属材料；
（D）通过将被进给的金属材料在第2位置加热到可以局部地进行淬火的温度，并且，在第3位置进行冷却，对该被进给的金属材料的纵长方向上的至少一部分进行淬火；或者
（E）弯曲构件朝向纵长方向和/或与该纵长方向交叉的截面内的周向断续地或者连续地具有淬火部。
发明的效果
通过使用专利文献1的制造装置，能够在金属材料的周向上均匀地、且在金属材料的轴向上的较窄的范围内稳定地形成高温部，因此，能够以较高的尺寸精度制造弯曲构件。
附图说明
图1是通过将本发明的制造装置的一例的构成简化而示意性地表示的说明图。
图2是表示数值分析的形状模型的说明图。
图3是表示在钢管的壁厚为3mm且向感应加热线圈供给的电流频率f为25kHz的情况下钢管的温度分布的数值分析结果的说明图。
图4是表示在使电流频率f发生变化的情况下加热区域的变化（钢管的壁厚：3mm，进给速度f：100mm/sec）的说明图。
图5是表示在向两匝感应加热线圈供给电流频率为25kHz的电流，并使钢管的进给速度V发生变化的情况下的分析结果的说明图。
图6是表示在向两匝感应加热线圈供给使电流频率f发生变化的电流，并以100mm/sec的进给速度V输送钢管的情况下的分析结果的说明图。
图7是表示在使用两匝感应加热线圈的情况下进给速度V、电流频率f和加热宽度之间的关系的曲线图。
图8是表示在使用两匝感应加热线圈的情况下进给速度V、电流频率f和可通入电流之间的关系的曲线图。
图9是表示在两匝感应加热线圈时的适当的进给速度V及电流频率f的范围的曲线图。
图10是示意性地表示采用关节型机器人的制造装置的构成的说明图。
图11是表示关节型机器人的说明图。
图12是表示由专利文献1公开的制造装置的概略的说明图。
附图标记说明
0、制造装置；1、金属材料；1a、高温部；2、支承机构；3、进给机构；4、可动辊模；4a、辊对；5、感应加热线圈；6、水冷机构；10、10—1、制造装置；11、进给机构；12、夹持机构；13、支承机构；14、加热机构；14a、感应加热线圈；15、把持机构；16、冷却机构；17、主体；18、第1底座；19、第2底座；20、移动机构；22、X轴俯仰操纵马达（tilt motor）；23、X轴移位马达；24、Y轴俯仰操纵马达；25、Y轴移位马达；26、Z轴俯仰操纵马达；27、X轴移位马达；30、数值分析的模型；31、钢管；31a、高温部；32、32—1、32—2、感应加热线圈。
具体实施方式
图1是通过将本发明的制造装置10的一例的构成简化而示意性地表示的说明图。
如该图所示，制造装置10包括进给机构11、支承机构13、加热机构14、冷却机构16和把持机构15。依次说明上述构成部件。
进给机构11
进给机构11用于将金属材料1向该金属材料1的纵长方向进给。金属材料1是具有闭合截面形状的、长尺寸且空心的构件。在以后的说明中，以金属材料1为钢管的情况为例。本发明并不限定于金属材料为钢管1的情况。例如，具有矩形、椭圆形、长圆形、多边形、由多边形与圆的组合构成的横截面形状的空心的金属材料、或者具有由多边形与椭圆的组合构成的横截面形状的空心的金属材料可与钢管1同样地使用。
作为进给机构11可以例举出采用电动伺服缸的进给机构。进给机构11并不限定于特定的型式的机构。像采用滚珠丝杠的进给机构、采用同步带、链的进给机构这样的、作为该种进给机构的公知的进给机构，可同等地用作进给机构11。
钢管1由夹持机构12以移动自如的方式支承，由进给机构11以规定的进给速度V（mm/sec）向该钢管1的轴向（纵长方向）进给。夹持机构12为了进给钢管1而支承钢管1。可以不设置夹持机构12。
支承机构13
支承机构13在第1位置A处以移动自如的方式支承由进给机构11向钢管1的轴向进给的该钢管1。
作为支承机构13可以例举出固定引导件。支承机构13并不限定于特定的型式的支承机构。作支承机构13可以使用相对配置的一对或者一对以上的非驱动辊。作为该种支承机构的公知的支承机构，可同等地用作支承机构13。
钢管1通过支承机构13的设置位置A，被进一步向该钢管1的轴向进给。支承机构13可以被夹持机构12代替。
加热机构14
加热机构14用于对被进给的钢管1进行感应加热。加热机构14配置在位于比第1位置A靠钢管1的进给方向下游的第2位置B上。
在制造装置10中，在钢管1的壁厚为2.0mm以下时，进给机构11以5mm/sec～150mm/sec的进给速度V进给钢管1。并且，加热机构14具有匝数为一的感应加热线圈14a，且向感应加热线圈14a供给电流频率为5kHz～100kHz的交流电流。
并且，在制造装置10中，在钢管1的壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm时，加热机构14具有匝数为二的感应加热线圈14a。并且，进给机构11及加热机构14调整由进给机构11进给的钢管1的进给速度V（mm/sec）及向感应加热线圈14a供给的交流电流的电流频率f（kHz），而使它们满足f＜3000/V及f≥0.08V的关系。其中，5kHz≤f≤100kHz，5mm/sec≤V≤150mm/sec。
在此，“匝数为一的感应加热线圈”并不限定于具有完全包围钢管1的周围一周的线圈主体的感应加热线圈。“匝数为一的感应加热线圈”也包含具有虽未包围钢管1的外周的一部分但包围钢管1的外周的大部分的线圈主体的感应加热线圈。具体地讲，具有包围钢管1的外周的70％以上的部分的线圈主体的感应加热线圈包含在“匝数为一的感应加热线圈”中。
参照本发明人所进行的数值分析的结果对该理由进行说明。
数值分析条件
图2是表示数值分析的模型30的说明图。如图2所示，数值分析的模型30以二维轴为对象。
在该数值分析中，利用磁场分析及导热分析对在使钢管31的壁厚、向感应加热线圈32供给的电流的电流频率f、以及钢管31的进给速度V发生变化的情况下高温部31a的形成状况进行了研究。
感应加热线圈32由具有一边的长度为15mm的正方形横截面形状的铜制的管构成，在以下列举的条件下进行了计算。
钢管31的直径（mm）：38.1
感应加热线圈32与钢管31之间的距离d（mm）：3
电流频率f（kHz）：5、10、25、50、75或者100这六个标准
钢管31的壁厚（mm）：1.0、2.0或者3.0这三个标准
钢管31的进给速度V（mm/sec）：5、10、50、75、100、125或者150这七个标准
加热后的钢管31的冷却开始位置为自感应加热线圈32的端部的投影位置33朝向下游距离10mm的位置。
数值分析结果
图3表示在钢管31的壁厚为3mm且电流频率f为25kHz的情况下钢管31的温度分布的数值分析结果。图3表示钢管31的高温部的进给速度依赖性。另外，在图3及后述的图4～图6中，钢管31的上部的线表示钢管31的外表面，钢管31的下部的线表示钢管31的内表面。
通常，钢材的变形阻力在800℃以上的温度范围内大幅度地降低。因此，在该数值分析中将升温到800℃以上的区域作为加热区域。而且，全部的计算均在钢管31的外表面的最大温度为1000℃的条件下进行。
如图3所示，随着进给速度V升高到5（mm/sec）、10（mm/sec）、50（mm/sec）、75（mm/sec）、100（mm/sec）、125（mm/sec）以及150（mm/sec），钢管1的外表面与内表面的温度分布之间的差别变大。其原因在于，钢管31的外表面由感应加热直接加热，并且，钢管31的内表面仅由来自外表面的导热加热，因此，钢管31的进给速度V越高，钢管31的内表面被加热的时间越少。
如图3所示，在钢管31的进给速度V为5（mm/sec）或者10（mm/sec）的情况下，在钢管31的内表面与外表面上几乎没有产生温度差，能够没有问题地进行弯曲加工。在对钢材进行弯曲加工时，其板厚方向的均热性（温度分布相同）很重要，特别是需要控制800℃以上的区域的宽度（以下称作“有效加热宽度（Effective—Heated—Width）”）。
当钢管31的进给速度V为50mm/sec时，有效加热宽度（在图3中用附图标记A表示的范围）变窄。当钢管31的进给速度V为75mm/sec时，有效加热宽度A几乎为零。若有效加热宽度A为零，则无法精度较佳地进行弯曲加工。并且，当钢管31的进给速度V为100mm/sec以上时，无法将钢管31的内表面加热到800℃以上，从而无法进行弯曲加工。
这样，钢管31的进给速度V越高，而且，钢管31的壁厚越厚，钢管31的有效加热宽度减少得越多，越难以进行弯曲加工。根据以上的结果，使钢管31的进给速度V为5mm/sec以上150mm/sec以下。
另一方面，在感应加热机构中，不易改变电流频率f，因此，需要在设计感应加热机构时选择适当的电流频率f。
图4是表示在使电流频率f发生变化的情况下加热区域的变化（钢管31的壁厚为3mm，进给速度V为100mm/sec）的说明图。
电流频率f越低，感应加热过程中的浸透深度越深。因此，在钢管31的进给速度V相同的情况下，电流频率f越低，越能够直到钢管31的内表面地加热到800℃以上。但是，在本发明中，电流频率f越低，感应加热的有效加热宽度A越大，因此，弯曲构件的尺寸精度降低。
图5是表示在向两匝感应加热线圈32—1、32—2供给25kHz的电流频率f的电流，并使钢管31的进给速度V发生变化的情况下的分析结果的说明图。此外，图6是表示在向两匝感应加热线圈32—1、32—2供给使电流频率f发生变化的电流，并以100mm/sec输送钢管31的情况下的分析结果的说明图。
通过将图5、图6所示的结果与图3、图4所示的结果进行对比可知：随着增加感应加热线圈的匝数，钢管31的加热开始位置向上游侧移动，因此，虽然在钢管31的轴向上的有效加热宽度A变宽，但是也能够加热至钢管31的内表面。
如图3～图6所例示，本发明人通过各种改变感应加热线圈32的匝数、电流频率f、以及钢管31的进给速度V进行了许多个分析，其结果，得到了有效加热宽度A不为零的进给速度V、电流频率f及壁厚之间的关系。在表1中表示在使用匝数为一的感应加热线圈的情况下，电流频率f及进给速度V与能够进行弯曲加工的钢管壁厚之间的关系。
表1
Figure BDA00002107821900111
表1中的记号“—”表示壁厚为3mm以下且有效加热宽度A为零以上，即表示能够对壁厚为3mm以下的钢管进行弯曲加工。此外，表1中的数值表示在该值以上的壁厚的情况下有效加热宽度A为零的加工极限厚度（mm）。即，若使作为制造装置0的使用对象的钢管31的壁厚为最大3mm，则表1中用虚线围成的条件是能够进行弯曲加工的条件。
感应加热线圈32通常由铜合金构成。可向感应加热线圈32通入的电流值也依赖于感应加热线圈32的截面积、冷却方法，但通常为最大10000A。如表1所示，为了加快钢管31的进给速度V，需要降低电流频率f。若降低电流频率f，则感应加热线圈32的电流值增加。
在表2中表示在钢管31的壁厚为3mm的情况下将其加热至1000℃需要向匝数为一的感应加热线圈32供给的电流值（A）。
表2
Figure BDA00002107821900121
像表2中用虚线围起来表示那样，在电流频率f较低且钢管31的进给速度V较快的情况下，电流值大于10000A，因此，事实上无法进行感应加热。
如表1所示，为了使钢管31的进给速度V为100mm/sec以上，需要使电流频率f为10kHz以下。但是，对于匝数为一的感应加热线圈32，电流值大于10000A。
为了解决上述问题，有效的做法是使感应加热线圈的匝数为二。虽然通过将匝数从1成倍地增加到2，能够降低每一匝的电流值，但是钢管31的轴向上的加热宽度会增加。
根据表1及表2可知：在线圈匝数为一的情况下，在进给速度V为150mm/sec以下且电流频率f为25kHz～75kHz的条件下，适于对壁厚为2.0mm的钢管31进行加热。
在表3中表示在感应加热线圈的匝数为二且钢管31的壁厚为3mm的情况下，将钢管31加热至1000℃所需的电流值（A）的分析结果。
表3
Figure BDA00002107821900131
如表3所示，在感应加热线圈的匝数为二的情况下，例如即使电流频率f为10kHz，也能够以100mm/sec的进给速度V进行弯曲加工。另外，表3中用虚线围成的条件表示因电流值大于10000A而事实上无法进行感应加热的条件。
在表4中表示在感应加热线圈的匝数为二的情况下，有效加热宽度A不为零的范围（每一匝）的分析结果。表4的标记与表1的标记同样。
表4
Figure BDA00002107821900141
像表4中用虚线围起来表示那样，在感应加热线圈的匝数为二的情况下，与匝数为一的情况相比，加热范围变宽，由此，能够确保有效加热宽度A的条件扩大。
表5表示在感应加热线圈的匝数为一的情况下的有效加热宽度A（mm），表6表示在感应加热线圈的匝数为二的情况下的有效加热宽度A（mm）。
表5
Figure BDA00002107821900142
表6
Figure BDA00002107821900151
如表5所示，在匝数为一匝的情况下，在任一种条件下有效加热宽度A均为25mm以下，但像表6中用虚线围起来表示那样，在匝数为两匝的情况下，根据条件的不同，有时有效加热宽度A大于30mm。
为了确保制造装置0的加工精度，有效加热宽度A越窄越理想。期望即使有效加热宽度A（mm）较宽也为30mm左右以下。因此，在钢管31的壁厚为2.0mm以下时，使用一匝的感应加热线圈32的话能够缩窄有效加热宽度A（mm），从而能够确保弯曲构件的尺寸精度。根据表1及表2，这种情况下的进给速度V为150mm/sec以下较佳，电流频率f为25kHz～100kHz较佳。
另一方面，在壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm时，期望使用两匝的感应加热线圈32—1、32—2，但在这种情况下，为了确保弯曲构件的尺寸精度，也期望有效加热宽度A为30mm左右以下。
在图7中利用曲线图表示表6所示的关系。图7的曲线图中的白色圆形标记表示有效加热宽度A为30mm以下，黑色方形标记表示有效加热宽度A大于30mm。
如图7的曲线图所示，可知：只要电流频率f（kHz）和进给速度V（mm/sec）满足近似式f＜3000V的关系，就能够使有效加热宽度A为30mm左右以下。
此外，根据图7的曲线图，在使用两匝的感应加热线圈32—1、32—2的情况下，25kHz以下的电流频率f较佳，但在电流频率f较低的情况下，也需要考虑表3所示的可向线圈中通入的电流值。
在图8中用曲线图表示该关系。图8的曲线图中的白色圆形标记表示可通入的电流值，黑色方形标记表示不可通入的电流值。
根据图8所示的曲线图，在使用两匝的感应加热线圈32—1、32—2的情况下，电流可通入的范围是近似式f≥0.08V的范围。
图9是一并表示图7所示的、有效加热宽度A为30mm左右以下的区域和图8所示的、电流可通入的区域的曲线图。在图9的曲线图中，利用方格部LP（f≥25kHz且V≥125mm/sec）表示无论怎样调整电流频率f及进给速度V都无法确保有效加热宽度A的范围。
根据以上理由，在钢管1的壁厚为2.0mm以下时，进给机构11以5mm/sec～150mm/sec的进给速度V进给钢管1，并且，使用匝数为一的感应加热线圈14a作为加热机构14，且向该一匝的感应加热线圈14a供给电流频率f为5kHz～100kHz的交流电流，由此，对钢管1进行感应加热。
并且，在钢管1的壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm时，期望使用匝数为二的感应加热线圈14a作为加热机构14，进给机构11及加热机构14调整进给机构11中的钢管1的进给速度V（mm/sec）和向感应加热线圈14a供给的交流电流的电流频率f（kHz），而使它们满足f＜3000/V及f≥0.08V的关系。其中，5kHz≤f≤100kHz，5mm/sec≤V≤150mm/sec。
如上所述，若使用匝数为二的感应加热线圈14a来加热钢管1，则虽然钢管1的有效加热宽度A扩大一些，但是也能够应用于钢管1的壁厚为2.0mm以下的情况。
此外，通过在与同钢管1的轴向正交的方向平行的方向上改变钢管1与感应加热线圈14a之间的距离，能够以在钢管1的周向上不均匀的方式对钢管1的一部分进行加热。
并且，可通过在加热机构14的上游侧设置至少一个以上其他的加热机构来加热钢管1，将钢管1加热两次以上、和/或以在钢管1的周向上不均匀的方式对钢管1的一部分进行加热。
冷却机构16
冷却机构16配置在比第2位置B靠钢管1的进给方向下游的第3位置C上。冷却机构16用于冷却加热后的钢管1。钢管1通过被冷却机构16冷却，局部地形成向钢管1的轴向移动的高温部1a。高温部1a与其他部分相比，变形阻力大幅度地降低。
冷却机构16只要能够以所希望的冷却速度冷却钢管1即可，并不限定于特定的型式的冷却机构。通常，可以例举出通过对钢管1的外周面的规定的位置喷射冷却水来冷却钢管1的水冷机构。
如图1所示，朝向钢管1的进给方向倾斜地喷射冷却水。通过改变冷却机构16相对于钢管1的在与同钢管1的轴向正交的方向平行的方向上的距离，能够调整高温部1a在轴向上的长度。
把持机构15
把持机构15配置在比第3位置C靠钢管1的进给方向下游的区域D中。把持机构15一边把持钢管1，一边在工作空间（workspace）内向至少包含钢管1的进给方向的三维方向移动，该工作空间包含比第3位置C靠钢管1的进给方向上游侧的空间。由此，把持机构15对形成在钢管1中的高温部1a施加弯曲力矩。通常，卡盘机构可用作把持机构15。
另外，在本发明中，当然能够使三维移动自如的把持机构15二维移动。通过使把持机构15二维移动，能够进行弯曲方向在二维上不同的弯曲加工，从而能够制造弯曲构件、例如能够制造S字弯曲这样的弯曲方向在二维上不同的弯曲构件。
“工作空间”的意思是指由式（3）、式（4）及式（5）规定的三维空间。
x＜0且（y=0或者y≥0.5D）且0≤θ＜360°·······（3）
x2+（y-Rmin）2≥Rmin2················（4）
x2+（y+Rmin）2≥Rmin2-（0.5D-Rmin）2+（0.5D+Rmin）2·····················（5）
其中，在式（3）～式（5）中，D的意思是指弯曲构件的最小外形尺寸（mm），Rmin的意思是指弯曲构件的最小曲率半径（mm），x、y、θ是将第2位置作为原点的圆柱坐标系，将弯曲构件的瞬时进给方向设为x的正方向，将在水平面内与x正交的方向设为y，将周向的角度设为θ。
通过把持机构15在工作空间内向三维方向移动来对钢管1进行弯曲加工，由此，制造朝向纵长方向断续地或者连续地具有弯曲部的弯曲构件。
由于工作空间是在观念上认识到的空间，因此，也可以在该工作空间内存在例如各种机构这样的有形物。
把持机构15包括具有柱状外形的主体17及移动机构20。
主体17由空心体构成。空心体具有与钢管1的外周面相适配的形状的内周面。主体17通过抵接于钢管1的顶端部的外表面进行配置来把持钢管1。
另外，主体17也可以与图1所示的例子不同，由具有与钢管1的内周面相对应的形状的外周面的筒体构成。在该情况下，主体17通过插入到钢管1的顶端部的内部中进行配置来把持钢管1。
移动机构20由第1底座18及第2底座19构成。第1底座18搭载主体17，并且以向与钢管1在第1位置A处的进给方向正交的方向（图1中的上下方向）移动自如的方式配置。第2底座19以向上述进给方向移动自如的方式配置在第1底座18。
第1底座18的移动及第2底座19的移动均是通过使用滚珠丝杠及驱动马达来进行的。利用该移动机构20，主体17以在水平面内二维移动自如的方式配置。另外，图1中的附图标记22表示X轴俯仰操纵马达，附图标记23表示X轴移位马达，附图标记24表示Y轴俯仰操纵马达，附图标记25表示Y轴移位马达，附图标记26表示Z轴俯仰操纵马达，并且，附图标记27表示X轴移位马达。
也可以通过使用具有能够绕至少一个轴以上的轴转动的关节的关节型机器人来代替图1所示的移动机构20而支承主体17。
图10是示意性地表示采用关节型机器人21的制造装置10—1的构成的说明图，图11是表示该关节型机器人21的说明图。
关节型机器人21能够简单地以使主体17向至少包含钢管1的进给方向的三维方向移动自如的方式支承该主体17。
接着，对利用该制造装置10制造弯曲构件的状况进行说明。
首先，利用支承机构13在第1位置处A支承长尺寸的钢管1，并且利用进给机构11向钢管1的纵长方向进给该钢管1。
接着，在钢管1的壁厚为2.0mm以下时，进给机构11以5mm/sec～150mm/sec的进给速度V进给钢管1，并且，向构成配置在第2位置B上的加热机构14的一匝感应加热线圈14a供给电流频率V为5kHz～100kHz的交流电流，由此，对钢管1进行感应加热。
并且，在钢管1的壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm时，通过调整进给机构11中的钢管1的进给速度V（mm/sec）及向构成加热机构14的两匝感应加热线圈14a供给的交流电流的电流频率f（kHz），而使它们满足f＜3000/V及f≥0.08V的关系，由此，对钢管1进行感应加热。
接着，在第3位置C处利用冷却机构16冷却钢管1，由此，在钢管1中形成高温部1a。
然后，在区域D中，通过在上述工作空间内向至少包含钢管1的进给方向的三维方向改变把持钢管1的把持机构15的位置，对钢管1的高温部1a施加弯曲力矩。
与弯曲构件的目标形状相对应地对钢管1的全长进行上述处理。由此，连续地制造朝向纵长方向断续地或者连续地具有三维弯曲的弯曲部的弯曲构件。
在该情况下，在第2位置B处将钢管1加热到可以局部地进行淬火的温度范围（Ac3点以上），并且，在第3位置C处以规定的冷却速度快速地进行冷却，由此，还能够对钢管1的至少一部分进行淬火。由此，制造至少朝向纵长方向和/或与该纵长方向交叉的截面内的周向断续地或者连续地具有淬火部的弯曲构件。
通过将制造装置10配置在电焊钢管的制造装置的出口侧，具体地讲，通过使用如下的连续制造装置，能够连续地制造弯曲构件，该连续制造装置包括：开卷机，其连续地放出带状钢板；成形装置，其将放出来的带状钢板成形为规定的截面形状的管；焊接装置，其通过将对接好的带状钢板的两侧边缘焊接起来而形成连续的管；后处理装置，其用于切削焊道及根据需要进行焊后退火、定径加工（サイジンゲ）；以及制造装置10，其配置在该后处理装置的出口侧。
此外，通过使用如下的连续制造装置，能够连续地制造弯曲构件，该连续制造装置构成辊成形流水线，其包括：开卷机，其连续地放出带状钢板；成形装置，其将放出来的带状钢板成形为规定的截面形状；以及制造装置10，其配置在该成形装置的出口侧。
制造装置10能够在钢管1的周向上均匀地、且在钢管1的轴向上的较窄的范围内稳定地形成高温部1a，由此，能够高效且廉价地制造高强度且形状保持性优异、具有规定的硬度分布且具有所希望的尺寸精度、并且纵长方向上的曲率半径不为恒定而在纵长方向上具有至少两个曲率半径彼此不同的部分的弯曲构件。
并且，制造装置10—1利用例如由多关节型的机器人等支承的把持机构15来把持钢管1地对钢管1进行弯曲加工，因此，能够将弯曲部的弯曲角度确保得较大，从而能够确保表面性状、抑制表面缺陷，并且能够确保尺寸精度，并且，能够以优异的作业效率制造弯曲构件。

Claims (8)

1.一种弯曲构件的制造方法，其一边将具有闭合的横截面形状的长尺寸且空心的金属材料向该金属材料的纵长方向进给一边在第1位置支承金属材料，
在位于比上述第1位置靠上述金属材料的进给方向下游的第2位置处，利用感应加热线圈对该金属材料进行感应加热，并且，在位于比上述第2位置靠上述金属材料的进给方向下游的第3位置处冷却上述金属材料，由此，形成向上述金属材料的轴向移动的高温部，并且，
在位于比上述第3位置靠上述金属材料的进给方向下游的区域中，通过向三维方向改变把持上述金属材料的把持机构的位置，对上述高温部施加弯曲力矩，由此，
制造朝向纵长方向断续地或者连续地具有三维弯曲的弯曲部的弯曲构件，
其特征在于，
在上述金属材料的壁厚为2.0mm以下的情况下，使上述金属材料的进给速度为5mm/sec～150mm/sec，并且，使用匝数为一的感应加热线圈作为上述感应加热线圈，且向该感应加热线圈供给5kHz～100kHz的交流电流，和/或
在上述金属材料的壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm的情况下，使用匝数为二的感应加热线圈作为上述感应加热线圈，调整向该感应加热线圈供给的交流电流的频率（kHz）及上述金属材料的进给速度（mm/sec），而使它们满足下述（1）式及（2）式的关系，
f＜3000/V·······（1）
f≥0.08V·······（2）
其中，在（1）式及（2）式中，f为上述频率，并且，V为上述进给速度，5kHz≤f≤100kHz，5mm/sec≤V≤150mm/sec。
2.根据权利要求1所述的弯曲构件的制造方法，其中，
上述弯曲构件在上述纵长方向上具有至少两个曲率半径彼此不同的部分。
3.根据权利要求1或2所述的弯曲构件的制造方法，其中，
上述金属材料具有圆形、矩形、椭圆形、长圆形、多边形、由多边形与圆的组合构成的横截面形状或者由多边形与椭圆的组合构成的横截面形状。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的弯曲构件的制造方法，其中，
上述把持机构通过插入到上述金属材料的顶端部的内部中进行配置来把持上述金属材料。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的弯曲构件的制造方法，其中，
上述把持机构通过抵接于上述金属材料的顶端部的外表面进行配置来把持上述金属材料。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的弯曲构件的制造方法，其中，
通过将被进给的上述金属材料在上述第2位置加热到可以局部地进行淬火的温度，并且，在上述第3位置进行冷却，对该被进给的金属材料的纵长方向上的至少一部分进行淬火。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的弯曲构件的制造方法，其中，
上述弯曲构件朝向纵长方向和/或与该纵长方向交叉的截面内的周向断续地或者连续地具有淬火部。
8.一种弯曲构件的制造装置，其包括：
进给机构，其用于将具有闭合的横截面形状的长尺寸且空心的金属材料向该金属材料的纵长方向进给；
支承机构，其用于在第1位置处支承被进给的上述金属材料；
加热机构，其用于在比上述第1位置靠该金属材料的进给方向下游的第2位置处对被进给的上述金属材料进行感应加热；
冷却机构，其用于通过在比上述第2位置靠该金属材料的进给方向下游的第3位置处冷却上述金属材料的被加热的部分，在该金属材料中局部地形成向上述金属材料的轴向移动的高温部；以及
把持机构，其用于通过在比上述第3位置靠上述金属材料的进给方向下游的区域中一边把持被进给的上述金属材料一边向三维方向移动，对上述高温部施加弯曲力矩，
其特征在于，
在上述金属材料的壁厚为2.0mm以下的情况下，上述进给机构以5mm/sec～150mm/sec的进给速度进给上述金属材料，并且，上述加热机构具有匝数为一的感应加热线圈，且该感应加热线圈被供给5kHz～100kHz的交流电流，和/或
在上述金属材料的壁厚大于2.0mm小于等于3.0mm的情况下，上述加热机构具有匝数为二的感应加热线圈，并且，上述进给机构及上述加热机构调整上述进给机构中的上述金属材料的进给速度（mm/sec）及向上述感应加热线圈供给的交流电流的频率（kHz），而使它们满足下述（1）式及（2）式的关系，
f＜3000/V·······（1）
f≥0.08V·······（2）
其中，在（1）式及（2）式中，f为上述频率，并且，V为上述进给速度，5kHz≤f≤100kHz，5mm/sec≤V≤150mm/sec。
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