CN104620676A - 高频感应加热装置、加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用电磁波的渗透深度比被加工件的板厚大的频率并能够对具有向外凸缘的被加工件的整周进行淬火的高频感应加热装置。高频感应加热装置(10)具有高频感应加热线圈(11)，该高频感应加热线圈(11)在将具有封闭的横截面并且具有向外凸缘(12a)的纵长且空心的钢制的被加工件(12)作为原材料来制造弯曲构件的3DQ中用于加热被加工件(12)。高频感应加热线圈(11)具有：磁芯(13)，其以与向外凸缘12a的两个表面(12a－1)、(12a－2)分离开并且隔着该两个表面相对的方式配置；以及感应加热线圈(14)，其配置为与磁芯(13)相连接并且包围被加工件(12)的外周中的除向外凸缘(12a)以外的一般部(13b)。

Description

高频感应加热装置、加工装置

技术领域

本发明涉及一种高频感应加热装置和使用了该高频感应加热装置的加工装置，具体地说，本发明涉及一种如下的高频感应加热装置以及一种使用了该高频感应加热装置的加工装置，该高频感应加热装置在实施在对具有封闭的横截面并且具有向外凸缘的钢制的被加工件同时进行高频淬火和加工的三维热加工(以下将该三维热加工称为“3DQ”)时，使用电磁波的渗透深度比被加工件的板厚大的频率，从而能够将凸缘加热至900℃以上并且能够使朝被加工件的长度方向(输送方向)的加热范围(加热宽度)尽可能小。

背景技术

本申请人之前通过专利文献1公开了对具有封闭的闭口截面的空心的钢制的被加工件同时进行高频淬火和加工的3DQ(三维热弯淬火，3Dimensional Hot Bending and Quench)。图11是表示使用加工装置0利用3DQ制造弯曲构件的情况的说明图。

如图11所示，加工装置0包括未图示的输送装置、支承单元4、高频感应加热装置5、水冷装置6以及关节型机器人7。此处的输送装置是将具有封闭的截面形状的纵长的钢管1朝其长度方向输送的装置。即，钢管1被握持部2保持，利用输送装置，以预定的输送速度朝轴向(长度方向)输送。

支承单元4将由输送装置朝其轴向输送的钢管1支承成能够自由移动。即，钢管1经由支承单元4的设置位置被朝轴向输送。

高频感应加热装置5在被输送的钢管1的输送方向上的比支承单元4靠下游的位置处对钢管1进行局部加热。由此钢管1被迅速地局部加热。

水冷装置6在钢管1的输送方向上的比高频感应加热装置5靠下游的位置处，对被加热了的部分进行冷却。由于钢管1在高频感应加热装置5和水冷装置6之间的位置被加热成高温，因此处于变形阻力大幅降低的状态。所以，钢管1利用水冷装置6迅速冷却被高频感应加热装置5加热了的部分。

在钢管1的输送方向上的比水冷装置6靠下游的位置处，关节型机器人7一边用把持单元7a把持被输送的钢管1，一边朝至少包括钢管1的输送方向的三维方向移动。由此，对钢管1上的被高频感应加热装置5加热了的部分施加弯曲力矩，将金属材进行三维弯曲。通过使用关节型机器人7，能够简单地以关节型机器人7能够自由地朝包括钢管1的输送方向的三维方向移动的方式支承钢管1。

基本上，一边用输送装置将被关节型机器人7支承成能够朝其轴向自由移动的的钢管1从上游侧朝下游侧输送，一边在支承单元4的下游对钢管1进行例如弯曲加工来制造弯曲构件。

通过利用配置于支承单元4的下游的高频感应加热装置5对钢管1迅速地局部加热至能够进行淬火的温度区域，并且利用配置于高频感应加热装置5的下游的水冷装置6对钢管1进行骤冷，从而在钢管1上形成朝向钢管1的轴向上的与钢管1的输送方向相反的方向移动的高温部(灼热部)。而且，通过一边输送钢管1一边使关节型机器人7二维移动或者三维移动，并对灼热部施加例如弯曲力矩，对钢管1进行加工。

此时，只要适当地设定钢管1的加热温度和冷却速度，则能够对钢管1进行淬火。因此，利用3DQ，能够以较高的工作效率制造高强度且轻量的弯曲构件。

图12是表示利用3DQ对具有封闭的横截面并且具有向外凸缘9a的空心且钢制的被加工件9同时进行高频淬火和弯曲加工的情况的说明图，图12的(a)是立体图，图12的(b)是图12的(a)的C－C剖视图。

如图12的(a)和图12的(b)所示，若欲利用配置为包围被加工件9的整周的现有技术的通常的高频感应加热装置5对被加工件9在其周向进行均匀加热时，则无法加热被加工件9的向外凸缘9a。如以下说明的那样，其理由在于电磁波的渗透深度。

图13是概括地表示无法加热被加工件9的向外凸缘9a的理由的说明图。图13的(a)表示在被加工件9的除向外凸缘9a之外的一般部9b的电磁波的渗透深度比一般部9b的板厚大的情况下的在高频感应加热线圈5中流动的线圈电流和产生于一般部9b的涡电流的流动方式。图13的(b)表示被加工件9的向外凸缘9a的电磁波的渗透深度比向外凸缘9a的板厚大的情况下的线圈电流和涡电流的流动方式。图13的(c)表示被加工件9的一般部9b的电磁波的渗透深度比一般部9b的板厚小的情况下的线圈电流和涡电流的流动方式。图13的(d)表示被加工件9的向外凸缘9a的电磁波的渗透深度比向外凸缘9a的板厚小的情况下的线圈电流和涡电流的流动方式。

如图13的(a)～图13的(d)所示，利用感应加热而产生于被加工件9的涡电流以沿着空心箭头所示的高频感应加热装置5的加热线圈的电流流动的方式流动。这种情况下，如图13的(b)的A部所示，由于在向外凸缘9a处涡电流相互抵消，几乎不流动，因此向外凸缘9a未被加热。为了防止这种情况，为了使利用涡电流对向外凸缘9a进行的加热仅在其表层附近而不使涡电流抵消，因此如图13的(d)的B部所示，需要提高线圈电流的频率并且减小电磁波的渗透深度。然而，这样的话，当然的结果是如图13的(c)所示，由于一般部9b仅表层被加热，加热效率降低，而且渗透深度过小的话，发热量不足并且加热本身变得不完全。因此，使用图12所示的通常的高频感应加热装置5的情况下，将其频率适宜设定为使渗透深度处于向外凸缘9a的板厚的1/2左右～向外凸缘9a的板厚同等程度的范围的频率。

在此，利用式(2)算出渗透深度δ(m)。式(2)的符号μ为磁导率，符号μ'为相对磁导率，符号μ₀为真空的磁导率，符号ω为角振动频率，符号f为频率，符号σ为导电率。

[式1]

$\mathrm{\δ}\left(m\right)=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ω\σ\μ}}}=\sqrt{\frac{2}{2\mathrm{\πf\σ}{\mathrm{\μ}}^{\′}{\mathrm{\μ}}_0}}=503.3\sqrt{\frac{1}{{\mathrm{f\σ\μ}}^{\′}}}.....\left(2\right)$

从式(2)看出，频率f越高，磁导率μ或者导电率σ越大，则电磁波的渗透深度δ(m)越小。钢材在室温中是相对磁导率μ'为100～1000左右的强磁性体，但是在磁性转变温度(780℃左右)以上时丧失磁性，因此相对磁导率μ'降低到1。即，以磁性转变温度作为分界，渗透深度δ(m)也产生较大的变化。

图14是表示高频感应加热装置的电流的频率和渗透深度之间的关系的图表。另外，图14的图表中，磁性转变温度以下的情况下，设相对磁导率为100、导电率为1×10⁷S/m，磁性转变温度以上的情况下，设相对磁导率为1、导电率为9×10⁵S/m。

为了利用3DQ对钢制的被加工件进行淬火，需要将被加工件加热至奥氏体相变的A₃点温度(约900℃)以上，A₃点温度为磁性转变温度以上。由此，被加工件的高频淬火中，需要评价磁性转变温度以上时的渗透深度。从图14的图表得知，为了对板厚例如为1mm的凸缘进行高频淬火，为了抑制涡电流的抵消，需要使用300kHz以上的频率以使渗透深度与板厚同等程度、在1mm以下。

然而，高频感应加热中加热目标温度相同的情况下，频率越高，越需要高输出的电源。高输出的电源存在设备费用非常高、运行费用也较高这样的问题。因此，需要开发能够使用使被加工件的磁性转变温度以上的渗透深度为板厚以上的频率，并使用低输出的电源来加热凸缘的高频感应加热线圈。

专利文献2中，公开了如下发明：沿着被加工件的向外凸缘使用具有相对于被加工件的轴向偏置的形状的高频感应加热线圈，对具有向外凸缘的被加工件沿其周向进行均匀加热。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2006/093006号小册子

专利文献2：国际公开第2012/005076号小册子

发明内容

发明要解决的问题

使用专利文献2所公开的、具有向被加工件的轴向偏移的形状的高频感应加热线圈来加热被加工件时，将不可避免地扩大朝被加工件的轴向的加热范围(加热宽度)。

然而，参照图11，如上所述，在3DQ中，对利用高频感应加热装置5和配置于其下游的水冷装置6所形成的、朝钢管1的轴向移动的高温部(灼热部)用关节型机器人7例如施加弯曲力矩，从而对其进行加工。因此，3DQ中，朝钢管1的轴向的加热范围(加热宽度)变大时，被制造的弯曲构件的尺寸精度显著降低。在此，加热宽度是指加热至使钢管1软化的800℃以上的区域，即从自高频感应加热装置5附近开始加热并到达800℃的位置直到钢管1被水冷装置6冷却至800℃以下的位置之间的区域。为了确保在3DQ中的加工精度，需要使钢管1的加热宽度尽可能小。

本发明的目的在于提供一种高频感应加热装置，该高频感应加热装置能够使用电磁波的渗透深度比被加工件的板厚大的频率，对具有向外凸缘的被加工件的整周进行淬火。具体地说，提供一种高频感应加热装置，该高频感应加热装置在对具有封闭的横截面并且具有向外凸缘的钢制的被加工件进行3DQ时，使用电磁波的渗透深度比被加工件的板厚大的频率，由此，能够用比使用电磁波的渗透深度比被加工件的板厚小的频率的高输出的电源装置输出低的电源装置将向外凸缘加热至900℃以上，并且能够使被加工件的加热宽度尽可能的小。而且，还提供一种使用了该高频感应加热装置的加工装置。

用于解决问题的方案

本发明的第一技术方案是一种高频感应加热装置，其特征在于，该高频感应加热装置具有高频感应加热线圈，该高频感应加热线圈用于在三维热加工中加热被加工件，该三维热加工通过一边在具有封闭的横截面并且具有向外凸缘的纵长且空心的钢制的被加工件上形成朝该被加工件的长度方向移动的高温部、一边对高温部施加外力从而制造弯曲构件，该高频感应加热线圈具有：磁芯，其以与向外凸缘的两个表面分离开并隔着该两个表面相对的方式配置；以及感应加热线圈，其配置为连接于该磁芯并且包围被加工件的外周中的除向外凸缘之外的一般部。

本发明的磁芯例如是铁氧体磁心，是被作为陶瓷烧结的Fe氧化物的强磁性体，是具有磁性且电阻较高的材质，具体地说，优选的是相对磁导率至少为3以上，电阻率至少为1Ωm以上，更优选的是电阻率为10Ωm以上。而且，磁芯的材质不需要限定于铁氧体磁心，也可以是具有同等以上的物理性质的其他材质。

本发明中，优选的是，感应加热线圈包括：第1部分，其与高频电产生装置连接；第2部分，其与第1部分连接并且朝被加工件的长度方向延伸设置；第3部分，其配置为与第2部分连接并且包围被加工件的一般部的周围；第4部分，其与第3部分连接并且朝被加工件的长度方向延伸设置；以及第5部分，其用于连接第4部分和高频电产生装置，并且，第5部分在与高温部的移动方向相反的方向即被加工件的输送方向上位于比第3部分靠上游侧的位置。

这种情况下，例示为在第2部分和第4部分流动的电流互相朝相反的方向流动。

上述本发明中，优选的是，磁芯的与向外凸缘相平行的两个部位设于被加工件的高温部的移动方向的下游侧，该两个部位以贯穿向外凸缘的方式配置，最优选的是，以在与向外凸缘大致垂直方向上产生磁通，并且以跨着第4部分的方式配置在第2部分和第4部分之间。

上述本发明中，优选的是，磁芯相对于第3部分仅配置于高温部的移动方向的下游侧。

而且，优选的是，将磁芯的被加工件的长度方向的长度设为L、感应加热线圈的电流频率设为f，并且被加工件的高温部的移动速度(被加工件的输送速度)设为v的情况下，满足下述式(1)的关系：

[式2]

$\frac{21}{f}\sqrt{V}<L<\frac{35}{f}\sqrt{V}.....\left(1\right)$

其中，L的单位为mm，f的单位为kHz，v的单位为mm/s。

本发明的第2技术方案是一种加工装置，该加工装置用于进行通过一边在空心的钢制的被加工件上形成朝该被加工件的长度方向移动的高温部、一边对所述高温部施加外力从而制造弯曲构件的三维热加工，其特征在于，该加工装置包括：上述第1技术方案的高频感应加热装置；配置于高频感应加热装置的下游侧的冷却装置；以及设于所述冷却装置的下游侧，支承被加工件并施加外力的装置。

发明的效果

根据本发明，提供一种高频感应加热装置，该高频感应加热装置使用电磁波的渗透深度比被加工件的板厚大的频率，能够对具有向外凸缘的被加工件的整周进行淬火。具体地说，根据本发明，提供一种高频感应加热装置，该高频感应加热装置对具有封闭的横截面并且具有向外凸缘的钢制的被加工件进行3DQ时，使用电磁波的渗透深度比被加工件的板厚大的频率，从而能够将向外凸缘加热至900℃以上，并且能够使被加工件的加热宽度尽可能的小。

而且，通过将该高频感应加热装置用于加工装置，该加工装置也起到了同样的效果。

附图说明

图1是表示本发明的高频感应加热装置中的高频感应加热线圈的说明图，图1的(a)是立体图，图1的(b)是图1的(a)的A向视图，图1的(c)是图1的(a)的B向视图。

图2是表示能够利用本发明加热向外凸缘的原理的说明图，图2的(a)是磁芯和感应加热线圈的、图1的(a)的D向视图，图2的(b)是磁芯和感应加热线圈的、图1的(a)的A向视图。

图3是表示使用了图12(a)和图12(b)所示的以往的高频感应加热线圈的情况下的利用数值解析所得到的计算结果的图表，图3(a)表示高频感应加热线圈的电流的频率和向外凸缘的温度之间的关系，图3(b)表示频率和功率之间的关系。

图4是表示使用图1的(a)～图1的(c)所示的本发明的高频感应加热线圈的情况下的利用数值解析所得到的计算结果的图表，图4的(a)表示磁芯的在被加工件的长度方向上的长度(芯长度)和向外凸缘的温度之间的关系，图4的(b)表示芯长度和耗电之间的关系。

图5是表示设高频感应加热线圈的电流频率为50kHz的情况下的磁芯的芯长度和向外凸缘的加热温度之间的关系的图表。

图6是表示设高频感应加热线圈的电流频率为100kHz的情况下的磁芯的芯长度和向外凸缘的加热温度之间的关系的图表。

图7是表示对表1～表3所示的合适的磁芯的芯长度的最小值进行整理所得到的结果的图表。

图8是表示对合适的磁芯的芯长度的最大值进行整理所得到的结果的图表。

图9是表示对图7、图8的图表中的系数a的频率关联性进行研究所得到的结果的图表。

图10是表示以频率50kHz、输送速度20mm/s的条件使用高频感应加热线圈加热被加工件的情况下的被加工件的周向的温度分布的说明图，图10的(a)表示本发明例，图10的(b)表示现有例。

图11是表示利用3DQ制造弯曲构件的情况的说明图。

图12是表示利用3DQ对具有封闭的横截面并且具有向外凸缘的空心且钢制的被加工件同时进行高频淬火和弯曲加工的情况的说明图，图12的(a)是立体图，图12的(b)是图12的(a)的C－C剖视图。

图13是概括地表示被加工件的向外凸缘未被加热的理由的说明图，图13(a)表示被加工件的除向外凸缘之外的一般部的电磁波的渗透深度比被加工件的板厚大的情况下的在高频感应加热线圈流动的线圈电流和产生于被加工件的涡电流的流动方式，图13的(b)表示被加工件的向外凸缘的电磁波的渗透深度比被加工件的板厚大的情况下的线圈电流和涡电流的流动方式，图13(c)表示被加工件的一般部的电磁波的渗透深度比被加工件的板厚小的情况下的线圈电流和涡电流的流动方式，图13(d)表示被加工件的向外凸缘的电磁波的渗透深度比被加工件的板厚小的情况下的线圈电流和涡电流的流动方式。

图14是表示高频感应加热线圈的电流的频率和渗透深度之间的关系的图表。

具体实施方式

参照附图对本发明进行说明。

图1表示本发明的高频感应加热装置10中的高频感应加热线圈11的说明图，图1的(a)是立体图，图1的(b)是图1的(a)的A向视图，图1的(c)是图1的(a)的B向视图。

如图1的(a)～图1的(c)所示，高频感应加热装置10具有高频感应加热线圈11，利用该高频感应加热线圈11对被加工件12进行高频感应加热。

被加工件12是由向外凸缘12a和除向外凸缘12a之外的一般部12b构成的具有封闭横截面的纵长且空心的钢制构件。向外凸缘12a是两张钢板在重叠的状态下利用合适的方法(例如点焊等焊接)进行接合而成的。

高频感应加热线圈11在通过一边在被加工件12上形成朝该被加工件12的长度方向移动的高温部一边对高温部施加外力从而制造弯曲构件的3DQ中用于加热被加工件12。

高频感应加热线圈11具有磁芯13和感应加热线圈14。

磁芯13例如是所谓的铁氧体磁心，是被作为陶瓷烧结的Fe氧化物的强磁性体。磁芯13的材质是具有磁性且电阻较高的材质，具体地说，相对磁导率至少为3以上，电阻率至少为1Ωm以上。磁芯13的材质不需要限定于铁氧体磁心，也可以是具有同等以上的物理性质的其他材质。

如图1的(c)所示，磁芯13以与被加工件12的向外凸缘12a的两个表面(一个表面12a－1和另一个表面12a－2)分离开且隔着该向外凸缘12a的两个表面12a－1、12a－2相对的方式配置。

另一方面，感应加热线圈14配置为与磁芯13相连接并且包围被加工件12的外周中的除向外凸缘12a以外的一般部12b。即，感应加热线圈14包括：第1部分14－1，其与未图示的高频电产生装置连接；第2部分14－2，其与第1部分14－1连接并且朝被加工件12的长度方向延伸设置；第3部分14－3，其配置为与第2部分14－2连接并且包围被加工件12的一般部12b的周围；第4部分14－4，其与第3部分14－3连接并且朝被加工件12的长度方向延伸设置；以及第5部分14－5，其用于连接第4部分14－4和未图示的高频电产生装置。

另外，图1的(b)的附图标记15表示绝缘板。被加工件12的输送方向是将图1的(a)～图1的(c)中的感应加热线圈14的第5部分14－5作为上游侧、将感应加热线圈14的第3部分14－3作为下游侧的方向。

如从图1的(a)～图1的(c)得知的那样，磁芯13以跨着感应加热线圈14的第4部分14－4的方式进行配置。而且，磁芯13在被加工件12的输送方向的上游侧、即被加工件12的高温部的移动方向的下游侧具有与向外凸缘12a相平行的部位13－1、13－2，该部位13－1、13－2在与向外凸缘12a垂直的方向上产生磁通。

画在图1的(a)的感应加热线圈14的附近的箭头表示在感应加热线圈14流动的电流的方向。如图1的(a)所示，磁芯13以被电流流动的方向互为相反方向的感应加热线圈14的两个部分14－2、14－4夹着的方式进行设置。

磁芯13优选相对于配置为包围被加工件12的一般部12b的周围的第3部分14－3仅配置于被加工件12的输送方向的上游侧，即仅配置于被加工件12的高温部的移动方向的下游侧。这是因为，将磁芯13相对于第3部分14－3设置于被加工件12的输送方向的下游侧，即设置于被加工件12中的高温部的移动方向的上游侧时，由于利用加工装置0中的水冷装置6进行的被加工件12的冷却开始位置仅距感应加热线圈14与将磁芯13设置于被加工件12的输送方向的下游侧相对应的量，因此向外凸缘12a以外的一般部12b的加热宽度变大。

图2是表示能够利用本发明加热向外凸缘12a的原理的说明图，图2的(a)是磁芯13和感应加热线圈14的、图1的(a)的D向视图，图2的(b)是磁芯13和感应加热线圈14的、图1的(a)的A向视图。

对能够利用本发明加热向外凸缘12a的理由进行说明。如图2的(a)所示，感应加热线圈14的第2部分14－2的线圈电流的流动方向与感应加热线圈14的第4部分14－4的线圈电流的流动方向互为相反方向。因此，增强了产生于磁芯13的磁通B1、磁通B2(用图2的(a)中的空心箭头表示)。利用磁芯13，磁通B1、磁通B2被以贯穿向外凸缘12a的方式感应。

因此，由于磁通B1、磁通B2垂直于向外凸缘12a地入射，因此在向外凸缘12a处产生如图2的(b)所示的涡电流X。这种情况下，由于涡电流X的流动方向在向外凸缘12a的表面12a－1和背面12b－1上成为相同方向，因此未产生如图13(b)所示那样的涡电流的抵消，能够加热向外凸缘12a。

被磁芯13感应的磁通B1、磁通B2在垂直于向外凸缘12a入射的情况(入射角度90度)下是最合适的。需要至少能贯穿向外凸缘12a这样的入射角度，优选入射角度为30度以上。

这样，利用本发明能够加热向外凸缘12a。而且，本发明没有像专利文献2所公开的发明那样使用具有沿着向外凸缘12a向被加工件12的轴向的两侧偏置的形状的高频感应加热线圈，为了将磁芯13设置于被加工件12的输送方向的上游侧，而使感应加热线圈14配置为仅向被加工件12的输送方向的上游侧偏置。因此，加热宽度的增加量为感应加热线圈14配置为向被加工件12的输送方向的两侧偏置的、专利文献2所公开的发明的加热宽度的增加量的一半以下。因此，高频感应加热线圈11极其适合在3DQ中对被加工件12进行加热。

利用数值解析模拟确认了高频感应加热线圈11的效果。在数值解析模拟中，利用电磁场解析算出感应加热的发热量分布，从所得到的发热量分布进行传热解析，并算出由厚度1mm的钢板形成的空心的被加工件12的温度分布。将数值解析的加热条件设为被加工件12的一般部12b的底边中央部的温度为1050℃的条件来进行计算。

首先，在图3(a)中用图表表示在使用图12(a)和图12(b)所示的以往的高频感应加热线圈5的情况下的高频感应加热线圈5的电流的频率和向外凸缘9a的温度之间的关系的计算结果。在此，向外凸缘9a的温度为向外凸缘9a的端部的温度。而且，在图3(b)中用图表表示将被加工件9的一般部9b中的底边中央部的温度加热到1050℃所需要的电力。

如图3的(a)的图表所示，在使用以往的高频感应加热装置5的情况下，为了将向外凸缘9a加热至900℃以上，需要将高频感应加热线圈5的电流的频率提高到300kHz以上。而且，如图3(b)的图表所示频率越高，加热所需要的电力越增加。例如，在使用10kHz的电源的情况下，100kW的电力足矣，但是在300kHz的情况下电力也需要225kW。这样，高频感应加热装置5的电流的频率越高，耗电越增加，这是由于频率越高，每单位时间内磁场交变的次数越增加。在此，如果磁场仅产生于被加工件9，用于使磁场交变的能量全都用于加热而被消耗，则耗电不会较大地增加。然而，由于高频感应加热装置5不但在被加工件9产生磁场，而且也在周边的空间产生磁场，尽管产生于该空间的磁场不参与加热，可是使空间的磁场交变从而消耗能量，因此使耗电较大地增加。

图4是表示使用了图1的(a)～图1的(c)所示的本发明的高频感应加热装置11的情况下的利用数值解析所得到的计算结果的图表，图4的(a)表示磁芯13的在被加工件12的长度方向上的长度(芯长度)和向外凸缘12a的温度之间的关系，图4的(b)表示芯长度和耗电之间的关系。在此，对高频感应加热线圈11通电的电流的频率为10kHz，被加工件12的输送速度为80mm/s。

如图4的(a)中用图表所示的那样，芯长度越长向外凸缘12a越容易被加热。图4的(a)的图表中的芯长度0mm表示不使用磁芯13的情况即用现有技术的高频感应加热装置5进行加热的情况，只能加热到580℃左右。

为了对被加工件12进行高频淬火，需要将被加工件12加热到900℃以上。另一方面，将被加工件12加热到超过1200℃时，晶粒变粗、被氧化，由3DQ所制造的弯曲构件的表面变粗糙。因此，被加工件12的加热温度处于900℃～1200℃的范围较为合适。

在此，从图4的(a)的图表得知，为了将被加工件12的向外凸缘12a加热至900℃～1200℃，将磁芯13的芯长度设为19.9mm～30.7mm即可。而且，根据图4的(b)的图表，不设置磁芯13的情况(芯长度0mm的情况)下耗电为105kW，但是在能够将被加工件12加热至900℃的磁芯13的芯长度设为例如20mm的情况下，耗电成为140kW。使用通常的感应加热线圈5，将频率设为300kHz并将向外凸缘12a加热至900℃的情况下的耗电为225kW，与此相比，利用高频感应加热线圈11的耗电小于约80kW。

如图3(a)中用图表所示的那样，由于高频感应加热线圈11的电流的频率越高向外凸缘12a越易于被加热，因此高频感应加热线圈11的电流的频率越高，能够使磁芯13的芯长度越短。

图5表示将高频感应加热线圈11的电流的频率设为50kHz的情况下的磁芯13的芯长度和向外凸缘12a的加热温度之间的关系的图表。

这种情况下，为了将向外凸缘12a加热至900℃～1200℃，将磁芯13的芯长度设定为3.4mm～7.5mm即可。

同样的，在图6中用图表表示在将高频感应加热线圈11的电流的频率设为100kHz的情况下的磁芯13的芯长度和向外凸缘12a的加热温度之间的关系。高频感应加热线圈11的电流频率为100kHz的情况下，将磁芯13的芯长度设定为1.2mm～4.3mm即可。

这样，高频感应加热线圈11的电流的频率越高，磁芯13的芯长度越长，则向外凸缘12a的加热温度变得越高。表1中，汇总表示了在被加工件12的输送速度为80mm/s的情况下用于将向外凸缘12a加热至900℃～1200℃的磁芯13的芯长度和高频感应加热线圈11的电流的频率之间的关系。

[表1]

频率f(kHz)	芯长度L(mm)
		10	19.9～30.7
50	3.4～7.5
		100	1.2～4.3

表1是被加工件12的输送速度为80mm/s的情况下的结果，但合适的磁芯13的芯长度也根据被加工件12的输送速度而发生变化。表2汇总表示了在被加工件12的输送速度为20mm/s的情况下用于将向外凸缘12a加热至900℃～1200℃的磁芯13的芯长度和高频感应加热线圈11的电流的频率之间的关系。表3汇总表示了在被加工件12的输送速度为160mm/s的情况下用于将向外凸缘12a加热至900℃～1200℃的磁芯13的芯长度和高频感应加热线圈11的电流的频率之间的关系。

[表2]

频率f(kHz)	芯长度L(mm)
		10	10.1～16.7
50	2.6～5.0
		100	1.1～3.4

[表3]

频率f(kHz)	芯长度L(mm)
		10	25.9～43.8
50	4.0～10.2
		100	1.2～5.2

图7是表示对表1～表3所示出的合适的磁芯13的芯长度的最小值进行整理所得到的结果的图表。同样的，图8是表示将合适的磁芯13的芯长度的最大值进行整理所得到的结果的图表。

如图7、图8中用图表所表示的那样，合适的磁芯13的芯长度的最小值、最大值都用被加工件12的输送速度V的1/2次幂来近似。从图7、图8的图表得到，合适的磁芯13的长度L(mm)设为a_minV^1/2＜L＜a_maxV^1/2。

接下来，图9是表示对图7、图8的图表中的系数a的频率关联性进行研究所得到的结果的图表。

如图9用图表所表示的那样，可以明确系数a与高频感应加热线圈的电流的频率f(kHz)的倒数相关联。

从以上来看，为了适宜地设定磁芯13的芯长度，在将磁芯13的在被加工件12的长度方向上的长度设为L(mm)，将高频感应加热线圈11的电流的频率设为f(kHz)，并且将被加工件12中的高温部的移动速度(被加工件12的输送速度)设为v(mm/s)的情况下，优选满足下述式(1)的关系。

[式3]

$\frac{21}{f}\sqrt{V}<L<\frac{35}{f}\sqrt{V}.....\left(1\right)$

图10是表示以频率50kHz、输送速度20mm/s的条件使用高频感应加热线圈11、线圈5加热被加工件12、被加工件9的情况下的被加工件12、被加工件9的周向的温度分布的说明图，图10的(a)表示本发明例，图10(b)表示现有例。

适用本发明的情况下，从式(1)看出，磁芯13的芯长度预期为1.9mm～3.1mm，使磁芯的长度为3mm。

如图10的(a)和图10的(b)所示，得知，本发明例、比较例各自的被加工件12、被加工件9的底部的温度相等，均为1050℃，但是比较例的向外凸缘9a的温度小于900℃，相对于此，本发明例的向外凸缘12a的温度被加热至900℃以上。

通过使用以上说明的高频感应加热装置10取代图11所示的加工装置0的高频感应加热装置5，能够提供起到这样的上述效果的加工装置。

附图标记说明

10、高频感应加热装置；11、高频感应加热线圈；12、被加工件；12a、向外凸缘；12a－1、12a－2、表面；12b、一般部；13、磁芯；13－1、13－2、与向外凸缘相平行的部位；14、感应加热线圈；14－1～14－5、第1部分～第5部分。

Claims (7)

1.一种高频感应加热装置，其特征在于，

该高频感应加热装置具有高频感应加热线圈，该高频感应加热线圈用于在三维热加工中加热被加工件，该三维热加工通过一边在具有封闭的横截面并且具有向外凸缘的纵长且空心的钢制的被加工件上形成朝该被加工件的长度方向移动的高温部、一边对所述高温部施加外力从而制造弯曲构件，

该高频感应加热线圈具有：磁芯，其以与所述向外凸缘的两个表面分离开并隔着该两个表面相对的方式配置；以及感应加热线圈，其配置为连接于该磁芯并且包围所述被加工件的外周中的除所述向外凸缘之外的一般部。

2.根据权利要求1所述的高频感应加热装置，其特征在于，所述感应加热线圈包括：第1部分，其与高频电产生装置连接；第2部分，其与该第1部分连接并且朝所述被加工件的长度方向延伸设置；第3部分，其配置为与该第2部分连接并且包围所述被加工件的所述一般部的周围；第4部分，其与第3部分连接并且朝所述被加工件的长度方向延伸设置；以及第5部分，其用于连接所述第4部分和所述高频电产生装置，并且，所述第5部分在与所述高温部的移动方向相反的方向即所述被加工件的输送方向上位于比所述第3部分靠上游侧的位置。

3.根据权利要求2所述的高频感应加热装置，其特征在于，在所述第2部分和所述第4部分流动的电流互相朝相反的方向流动。

4.根据权利要求2或3所述的高频感应加热装置，其特征在于，所述磁芯的与所述向外凸缘相平行的两个部位设于所述被加工件的所述高温部的移动方向的下游侧，该两个部位产生贯穿所述向外凸缘的磁通，并且以跨着该第4部分的方式配置在所述第2部分和所述第4部分之间。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的高频感应加热装置，其特征在于，所述磁芯相对于所述第3部分仅配置于所述高温部的移动方向的下游侧。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的高频感应加热装置，其特征在于，将所述磁芯的沿着所述被加工件的长度方向的长度设为L、所述感应加热线圈的电流频率设为f，并且所述被加工件的所述高温部的移动速度设为v的情况下，满足下述式(1)的关系：

[式1]

$\frac{21}{f}\sqrt{V}<L<\frac{35}{f}\sqrt{V}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

其中，L的单位为mm，f的单位为kHz，v的单位为mm/s。

7.一种加工装置，该加工装置用于进行通过一边在空心的钢制被加工件上形成朝该被加工件的长度方向移动的高温部、一边对所述高温部施加外力从而制造弯曲构件的三维热加工，其特征在于，

该加工装置包括：

权利要求1至6中任意一项所述的高频感应加热装置；

配置于所述高频感应加热装置的下游侧的冷却装置；以及

设于所述冷却装置的下游侧、支承所述被加工件并施加所述外力的装置。