CN106573285A - 弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置 - Google Patents

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Abstract

弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置。该弯曲部件的制造方法具有：进给工序，使长条的钢材的一端部为前头而沿着长度方向进给；加热工序，通过供给高频电力，由此对上述钢材的上述长度方向的一部分进行高频感应加热而形成高温部；弯曲工序，对上述高温部赋予任意方向的弯曲力矩而形成弯曲部；以及冷却工序，朝上述弯曲部喷射冷却介质而进行冷却，在将形成上述钢材的图心线的上述弯曲部的弯曲半径即R[mm]除以与上述图心线正交的上述钢材的截面中的弯曲方向的尺寸即W[mm]而得到的比率R/W超过规定值的上述弯曲部时的上述钢材的进给速度设为V1，并且将在对上述钢材形成上述高温部时供给的上述高频电力设为Q1的情况下，在上述弯曲工序中，在形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时，使上述进给速度比上述V1慢且使上述高频电力比上述Q1低。

Description

弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置
技术领域
本发明涉及弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置。
本申请基于2014年8月28日在日本提交的特愿2014-174469号并主张优先权，且将其内容援用于此。
背景技术
具有弯曲的形状的金属制的高强度部件、加强部件或者构造部件(以下，称作弯曲部件)，被用于汽车、各种机械等。弯曲部件被要求高强度、轻量且小型。作为现有的弯曲部件的制造方法，例如使用冲压加工品的焊接、厚板的冲裁、以及锻造。但是，在现有的制造方法中，有时难以使弯曲部件进一步高强度化、轻量化以及小型化。
近年来，积极地研讨通过管件液压成型法来制造弯曲部件(例如，参照非专利文献1)。根据管件液压成型法，能够实现所制造的弯曲部件的板厚的薄壁化、形状冻结性的提高、以及与弯曲部件的制造相关的经济性的提高。但是，存在能够用于管件液压成型法的材料有限、在使用了管件液压成型法的弯曲加工中形状自由度不足等课题。
在专利文献1～3中公开了弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置。在专利文献1中公开了在通过可动辊轮拉丝模夹紧了钢材的状态下对钢材进行热弯曲加工的弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置。在专利文献2中公开了在通过卡盘把持了钢材的端部的状态下对钢材进行热弯曲加工的弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置。在专利文献3中公开了在通过机械手把持了钢材的两个部位的状态下对钢材进行热弯曲加工的弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4825019号说明书
专利文献2：国际公开第2010/050460号小册子
专利文献3：国际公开第2011/007810号小册子
非专利文献
非专利文献1：汽车技术Vol.57，No.6，2003 23～28页
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1～3所公开的弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置中，由于钢材的弯曲部外侧未被适当地冷却，因此有可能产生软点。此外，在使用专利文献1～3所公开的弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置进行弯曲半径较小的弯曲加工的情况下，有可能产生褶皱以及截面变形。
并且，在弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置中，要求生产率以及经济性的进一步提高。
本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置，即便在制造弯曲半径较小的弯曲部件的情况下，也能够抑制软点的产生、褶皱以及截面变形，并且生产率以及经济性优异。
用于解决课题的手段
本发明为了解决上述课题并实现所述目的，而采用以下的手段。
(1)本发明的一个方式所涉及的弯曲部件的制造方法为，具有：进给工序，使长条的钢材的一端部为前头而沿着长度方向进给；加热工序，通过供给高频电力，由此对上述钢材的上述长度方向的一部分进行高频感应加热而形成高温部；弯曲工序，对上述高温部赋予任意方向的弯曲力矩而形成弯曲部；以及冷却工序，朝上述弯曲部喷射冷却介质而进行冷却。在将形成上述钢材的图心线的上述弯曲部的弯曲半径即R[mm]除以与上述图心线正交的上述钢材的截面的弯曲方向的尺寸即W[mm]而得到的比率R/W超过规定值的上述弯曲部时的、上述钢材的进给速度设为V1，并且将在对上述钢材形成上述高温部时供给的上述高频电力设为Q1的情况下，在上述弯曲工序中，在形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时，使上述进给速度比上述V1慢，并且使上述高频电力比上述Q1低。
(2)在上述(1)所记载的弯曲部件的制造方法中，也可以为，上述规定值是从3.0～8.0的范围内选择的值。
(3)在上述(1)或(2)所记载的弯曲部件的制造方法中，也可以为，在上述弯曲工序中，将形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时的上述钢材的上述进给速度降低至上述V1的25％～75％。
(4)在上述(1)～(3)任一个方式所记载的弯曲部件的制造方法中，也可以为，在上述弯曲工序中，在形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时，将所供给的上述高频电力降低至上述Q1的25％～75％。
(5)本发明的一个方式所涉及的钢材的热弯曲加工装置为，具备：进给机构，使长条的钢材的长度方向的一端部为前头而沿着上述长度方向进给；感应加热机构，通过供给高频电力，由此对上述钢材的上述长度方向的一部分进行高频感应加热而形成高温部；弯曲机构，对上述高温部赋予任意方向的弯曲力矩而形成弯曲部；冷却机构，朝上述弯曲部喷射冷却介质而进行冷却；以及控制部，对上述进给机构、上述感应加热机构、上述弯曲机构以及上述冷却机构进行控制。在将形成上述钢材的图心线的上述弯曲部的弯曲半径即R[mm]除以与上述图心线正交的上述钢材的截面的弯曲方向的尺寸即W[mm]而得到的比率R/W超过规定值的上述弯曲部时的、上述钢材的进给速度设为V1，并且将在对上述钢材形成上述高温部时向上述感应加热机构供给的上述高频电力设为Q1的情况下，上述控制部使形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时的上述进给速度比上述V1慢，并且使上述高频电力比上述Q1低。
(6)在上述(5)所记载的钢材的热弯曲加工装置中，也可以为，上述规定值是从3.0～8.0的范围内选择的值。
(7)在上述(5)或(6)所记载的钢材的热弯曲加工装置中，也可以为，上述控制部对上述进给机构进行控制，以便将形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时的上述钢材的上述进给速度降低至上述V1的25％～75％。
(8)在上述(5)～(7)任一个方式所记载的钢材的热弯曲加工装置中，也可以为，上述控制部对上述感应加热机构进行控制，以便将形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时供给的上述高频电力降低至上述Q1的25％～75％。
发明的效果
根据上述各方式，能够提供弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置，即便在制造弯曲半径较小的弯曲部件的情况下，也能够抑制软点的产生、褶皱以及截面变形，并且生产率以及经济性优异。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的弯曲加工装置的平面图。
图2是表示沿着钢材的进给方向观察的情况下的本实施方式所涉及的钢材的加热方法以及冷却方法的说明图。
图3是表示本实施方式所涉及的冷却装置的主视图。
图4是表示使用感应加热装置以及冷却装置对钢管不进行弯曲加工而仅进行加热以及冷却的情况下的钢管的进给位置与钢管的表面温度之间的关系的曲线图。
图5是表示通过弯曲加工试验制造的弯曲部件的形状的说明图。
图6A是表示不对钢管进行弯曲加工的情况下的冷却装置对钢管的冷却的情况的平面图。
图6B是表示对钢管进行弯曲半径R的弯曲加工的情况下的冷却装置对钢管的冷却的情况的平面图。
图6C是表示对钢管进行弯曲半径R的弯曲加工的情况下的冷却装置对钢管的冷却的情况的平面图。
图6D是表示对钢管进行弯曲半径R的弯曲加工的情况下的冷却装置对钢管的冷却的情况的平面图。
图6E是对钢管进行弯曲半径R的弯曲加工的情况下的冷却装置对钢管的冷却的情况的平面图。
图7A中(a)是表示以与截面形状为圆形的弯曲部件的前端部对置的视线观察的情况下的图心O与宽度尺寸W的模式图，(b)是对于截面形状为圆形的弯曲部件的弯曲部、与其弯曲平面垂直地俯视的图。
图7B中(a)是表示以与截面形状为长方形的弯曲部件的前端部对置的视线观察的情况下的图心O与宽度尺寸W的模式图，(b)是对于截面形状为长方形的弯曲部件的弯曲部、与其弯曲平面垂直地俯视的图。
图7C中(a)是表示以与截面形状为椭圆形的弯曲部件的前端部对置的视线观察的情况下的图心O与宽度尺寸W的模式图，(b)是对于截面形状为椭圆形的弯曲部件的弯曲部、与其弯曲平面垂直地俯视的图。
图7D中(a)是表示以与截面形状为平行四边形的弯曲部件的前端部对置的视线观察的情况下的图心O与宽度尺寸W的模式图，(b)是对于截面形状为平行四边形的弯曲部件的弯曲部、与其弯曲平面垂直地俯视的图。
图7E中(a)是表示以与截面形状为五边形的弯曲部件的前端部对置的视线的情况下的图心O与宽度尺寸W的模式图，(b)是对于截面形状为五边形的弯曲部件的弯曲部、与其弯曲平面垂直地俯视的图。
图7F中(a)是表示以与截面形状为三角形的弯曲部件的前端部对置的视线的情况下的图心O与宽度尺寸W的模式图，(b)是对于截面形状为三角形的弯曲部件的弯曲部、与其弯曲平面垂直地俯视的图。
图8是图6B～图6E所示的弯曲加工的、钢管的弯曲部的外侧的表面温度的测定结果。
图9是图6B～图6E所示的弯曲加工的、钢管的弯曲部的内侧的表面温度的测定结果。
图10是表示对钢管不进行弯曲加工而仅进行淬火的情况下的、钢管的表面上的某一点的温度与钢管的进给位置之间的关系的曲线图。
图11A是表示比较例2-1的钢管的进给速度的模式的曲线图。
图11B是表示比较例2-1的向感应加热装置供给的高频电力的模式的曲线图。
图12A是表示比较例2-2的钢管的进给速度的模式的曲线图。
图12B是表示比较例2-2的向感应加热装置供给的高频电力的模式的曲线图。
图13是表示在实施例2-1、比较例2-1以及比较例2-2中制造的弯曲部件的形状的模式图。
图14A是表示实施例2-1的钢管的进给速度的模式的曲线图。
图14B是表示实施例2-1的向感应加热装置供给的高频电力的模式的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置进行说明。
(钢材的热弯曲加工装置)
图1所示的钢材的热弯曲加工装置0具备把持装置(把持机构)7、感应加热装置(感应加热机构)5、冷却装置(冷却机构)6、进给装置(进给机构)3、弯曲装置(弯曲机构)以及控制装置(未图示)，对钢管(钢材)1进行热弯曲加工。
另外，在图1所示的钢材的热弯曲加工装置0中，通过支承装置2和可动辊轮拉丝模4构成弯曲装置。
具体而言，在支承装置2的下游通过对钢管1的外周进行包围的环状的感应加热装置5，将钢管1局部地急速加热至能够淬火的温度区域。由此，在钢管1上形成沿着钢管1的长度方向移动的高温部(红热部)1a。
之后，使可动辊轮拉丝模4的位置向任意的方向移动，对高温部1a赋予弯曲力矩，该可动辊轮拉丝模4具有至少一组能够在使钢管1进给的同时进行支承的辊对。
之后，从配置于感应加热装置5的下游的冷却装置6朝钢管1喷射冷却水等冷却介质，对被加热后的钢管1进行急速冷却。由此，对钢管1进行弯曲加工，制造弯曲部件8。
在对钢管1进行弯曲加工时，通过对钢管1的加热温度以及冷却速度进行控制，能够对钢管1进行淬火。因此，根据使用钢材的热弯曲加工装置0来制造弯曲部件8的方法，能够实现弯曲部件8的高强度化、轻量化以及小型化。
另外，在本实施方式中，将使用了钢材的热弯曲加工装置0的弯曲部件8的制造方法称作3DQ(“3Dimensional Hot Bending and Quench”的简称)。
[钢管(钢材)]
作为弯曲加工的对象的长条的钢管1并不特别限定。作为钢管1的材料的例子，优选含有0.15～0.25质量％的C的碳钢，特别优选含有0.2质量％的C的碳钢。作为钢管1的板厚的例子，能够列举0.8～4mm。
另外，钢管1的截面形状不限定于圆形，也可以具有其他的截面形状。
图7A～图7F为，与弯曲部件8的截面形状相对应地表示对以与弯曲部件8的前端部对置的视线观察的情况下的图心O和宽度尺寸W进行表示的模式图、以及对于弯曲部件8的弯曲部与其弯曲平面垂直地俯视的图。另外，图7A是钢管1的截面形状为圆形的情况，图7B是钢管1的截面形状为长方形的情况，图7C是钢管1的截面形状为椭圆形的情况，图7D是钢管1的截面形状为平行四边形的情况，图7E是钢管1的截面形状为五边形的情况，图7F是钢管1的截面形状为三角形的情况。
如图7A～图7F所示，在本实施方式中，将与图心线正交的钢管1的截面中的弯曲方向的尺寸称作W。另外，与图心线正交的钢管1的截面中的弯曲方向的尺寸是指，以沿着该弯曲的曲率中心线的视线观察弯曲部时的钢管1的宽度尺寸。此外，弯曲的曲率中心线是指，将弯曲近似为圆弧的一部分的情况下的圆弧的中心线。
作为上述宽度尺寸W的例子，能够列举10～100mm。
[把持装置(把持机构)]
把持装置7对钢管1的一端部(前端部)与另一端部(后端部)中的至少一方进行把持。作为把持装置7的例子，能够列举卡盘。
[感应加热装置(感应加热机构)]
感应加热装置5具有环状的外形，并被配置成从与钢管1的外周面分离规定距离的位置包围钢管1。感应加热装置5为，通过从未图示的高频电力产生装置供给高频电力，由此在短时间(2秒左右)内将钢管1的一部分急速地加热至Ac3点以上的所希望的温度，在钢管1上形成高温部(红热部)1a。
另外，通过对朝感应加热装置5供给的高频电力进行调整，由此能够对钢管1的加热量进行调整，因此能够对钢管1的最高到达温度进行调整。在本实施方式中，将朝感应加热装置5供给的高频电力调整为，钢管1的最高到达温度为900～1050℃。
[冷却装置(冷却机构)]
如图1、图2所示，冷却装置6被配置于比感应加热装置5靠钢管1的进给方向的下游侧，对冷却介质62进行喷射。冷却介质62优选为液体，例如能够列举冷却水。
如图2、图3所示，在冷却装置6上从内侧起呈同心圆状地设置有8列喷射孔61。如图3所示，从喷射孔61的内侧的列起依次为A列、B列、C列、D列、E列、F列、G列、H列。
冷却装置6对于由感应加热装置5加热后的钢管1的外表面，从各喷射孔61相对于钢管1的进给方向朝下游侧倾斜地喷射冷却介质62。
从冷却装置6喷射的冷却介质62的温度并不特别限定，但为了适当地冷却加热后的钢管1，作为冷却介质62的温度例如优选为5～25℃。
冷却装置6的喷射孔61的孔径并不特别限定，但优选为1.5～3.0mm，特别优选为1.8mm。
从喷射孔61喷射的冷却介质62的喷射速度并不特别限定，但为了适当地冷却钢管1，优选为3～12m/秒，特别优选为4～6m/秒。
冷却介质62相对于钢管1的进给方向的喷射角度(钢管1与冷却介质62的碰撞角度)并不特别限定，但优选为15～70°，特别优选为30°。
[进给装置(进给机构)]
进给装置3是相对于感应加热装置5以及冷却装置6、将钢管1在长度方向上相对地进给的装置。作为进给装置3，可以使用具有将钢管1向长度方向进给的功能的装置，也可以使用具有沿着钢管1的长度方向对感应加热装置5以及冷却装置6进行进给的功能的装置。
作为具有将钢管1向长度方向进给的功能的装置的例子，能够列举使用滚珠丝杠将钢管1沿长度方向进给的装置、在把持了钢管1的状态下沿长度方向进行进给的工业用机器人。
作为具有沿着钢管1的长度方向对感应加热装置5以及冷却装置6进行进给的功能的装置的例子，能够列举在支承了感应加热装置5以及冷却装置6的状态下沿着钢管1的长度方向进行进给的工业用机器人。
[弯曲装置(弯曲机构)]
弯曲装置是对高温部1a赋予任意方向的弯曲力矩的装置。通过弯曲装置对高温部1a赋予任意方向的弯曲力矩，由此在钢管1上形成朝二维方向(例如，S字弯曲)或者三维方向弯曲的弯曲部。
如图6B所示，弯曲装置将钢管1以弯曲半径R朝向弯曲方向D弯曲。在本实施方式中，弯曲半径R表示钢管1的图心线的弯曲半径。
接着，对到达发现本发明的研讨结果进行说明。
图4表示使用感应加热装置5以及冷却装置6对钢管1不进行弯曲加工而仅进行加热以及冷却的情况下的钢管1的进给位置与钢管1的表面温度之间的关系。图4的横轴所示的A～H表示从A～H列的喷射孔61喷射的冷却介质62与钢管1的表面碰撞的地点。图4的纵轴表示位于钢管1的表面的某一点在以钢管1的前端部为前头沿着长度方向进给时在各进给位置的表面温度。
如图4所示，钢管1的表面温度由感应加热装置5急剧地加热至大约1000℃，在A点附近示出最高到达温度。之后，随着钢管1的进给，通过从B～H列的喷射孔61喷射的冷却介质62来冷却钢管1。在图4的条件下，在H点附近，钢管1的温度降低至大致室温。
接着，使用钢材的热弯曲加工装置0，对钢管1以各种弯曲半径R进行弯曲加工，并制造弯曲部件8。
图6A是表示不对钢管1进行弯曲加工的情况下的冷却装置6对钢管1的冷却的情况的平面图。图6B～图6E是表示对钢管1进行弯曲半径R的弯曲加工的情况下的冷却装置6对钢管1的冷却的情况的平面图，随着从图6B向图6E前进，弯曲半径R变小。
如图6A～图6E所示，不仅在不对钢管1进行弯曲加工的情况下，在对钢管1以弯曲半径R进行弯曲加工的情况下，也能够通过从设置于冷却装置6的喷射孔61喷射的冷却介质62对钢管1进行冷却。
图6B～图6E所示的弯曲加工的钢管1的弯曲部外侧的表面温度的测定结果在图8表示、弯曲部内侧的表面温度的测定结果在图9中表示。
另外，图8以及图9中的弯曲条件1～4分别与图6B～图6E所示的弯曲条件对应。此外，按照图8以及图9的弯曲条件制造的弯曲部件8的形状的一例在图5中表示。
如图8所示，弯曲条件1下的钢管1的弯曲部外侧的表面温度的测定结果为，得到与图4所示的不对钢管1进行弯曲加工的情况下的表面温度的测定结果相同的结果。
另一方面，弯曲条件2～4的情况下的钢管1的弯曲部外侧的表面温度为，如图8所示那样示出与弯曲条件1不同的结果。具体而言，在弯曲条件2～4的弯曲部外侧，D～H地点的表面温度高于弯曲条件1。
另一方面，如图9所示，钢管1的弯曲部内侧的表面温度不会由于弯曲条件而产生较大的差。
作为在钢管1的弯曲部外侧根据弯曲条件的不同而表面温度不同、与此相对在钢管1的弯曲部内侧不会根据弯曲条件的不同而表面温度产生较大的差的主要原因，可以考虑到从各喷射孔61喷射的冷却介质62向钢管1表面的碰撞角度在钢管1的弯曲部外侧与内侧不同。
具体而言，在弯曲部内侧，冷却介质62相对于钢管1表面的碰撞角度较大，因此冷却介质62对于钢管1表面的碰撞压力较大、且冷却介质62的水量密度变高。
另一方面，在弯曲部外侧，冷却介质62相对于钢管1表面的碰撞角度较小，因此冷却介质62对于钢管1表面的碰撞压力较小、且冷却介质62的水量密度变低。
根据上述理由，与弯曲部外侧相比，在弯曲部内侧钢管1的冷却速度变大。
当以图6C所示的弯曲加工(弯曲条件2)为例进行说明时，从F列的喷射孔61喷射的冷却介质62相对于钢管1的弯曲部外侧的碰撞角度极小。并且，从G、H列的喷射孔61喷射的冷却介质62不与钢管1的弯曲部外侧发生碰撞。
根据上述理由，由于从F～H列喷射的冷却介质62对钢管1的冷却不充分，因此产生回热，如图8的弯曲条件2所示，在沿着进给方向观察的情况下，比F点靠下游侧的表面温度上升。
另一方面，如图6C所示，从F～H列的喷射孔61喷射的冷却介质62相对于钢管1的弯曲部内侧的碰撞角度较大。因此，如图9的弯曲条件2所示，钢管1的弯曲部内侧被冷却介质62充分地冷却。
在与弯曲条件2相比弯曲半径R较小的弯曲条件4中，如图6E所示，从A～C列喷射的冷却介质62与钢管1的弯曲部外侧发生碰撞，但是从D～H列喷射的冷却介质62与钢管1的弯曲部外侧不发生碰撞。因此，钢管1的冷却不充分，因此产生回热，如图8的弯曲条件4所示，在沿着进给方向观察的情况下，比D点靠下游侧的表面温度上升。
另一方面，如图6E所示，从D～H列的喷射孔61喷射的冷却介质62相对于钢管1的弯曲部内侧的表面的碰撞角度较大。因此，如图9的弯曲条件4所示，钢管1的弯曲部内侧被冷却介质62充分地冷却。
如上所述，在进行弯曲半径R较小的弯曲加工的情况下，钢管1的弯曲部外侧的冷却不充分，因此在钢管1的弯曲部外侧，一度进行马氏体相变而被淬火的组织被回火而软化。此外，由于钢管1的弯曲部外侧的冷却不充分，因此在弯曲部外侧的一部分形成不均匀的组织。
因而，在进行弯曲半径R较小的弯曲加工的情况下，通过3DQ制造的弯曲部件8，不仅弯曲部的内侧与外侧的硬度不均匀，而且无法适当地进行加热以及冷却的目的之一即淬火，因此无法硬化。此外，由于弯曲部的内侧与外侧的冷却不均匀的原因，弯曲部件8会产生比较高的残余应力，因此在弯曲部件8被要求较高的疲劳强度的情况下，有可能无法得到所希望的制品性能。
另外，在以上的说明中，以钢管1的截面形状为圆形的情况为例进行了说明，但是弯曲部内侧与外侧的冷却不均匀这样的课题，与钢管1的截面形状无关，例如即使在具有矩形截面、扁平截面、多边形截面或者更复杂的截面形状的情况下也同样地产生。
作为用于降低上述的冷却的不均匀性的方法之一，可以考虑不使用上述冷却装置6，而使用能够与各种弯曲形状相对应地喷射冷却介质62的冷却装置。但是，在该方法中，存在冷却介质62的喷射部位与钢管1接触的可能性，并且从经济性的观点出发也不优选。
作为用于降低上述的冷却的不均匀性的其他方法，可以考虑使钢管1的进给速度变慢的方法。通过使钢管1的进给速度变慢，由此钢管1通过A～H点需要较长的时间，因此能够朝钢管1表面喷射更多的冷却介质62。因此，对于钢管1的弯曲部外侧也能够充分地喷射冷却介质62，因此在弯曲部的外侧与内侧难以产生冷却的不均匀。
但是，由于降低钢管1的进给速度，因此弯曲加工的生产率降低，因此不优选。
此外，在进行弯曲半径较小的弯曲加工的情况下，褶皱以及截面变形的产生成问题。
在通过冷拉弯机将钢管1作为原材料来制造弯曲部件8时，为了抑制弯曲部件8的褶皱、截面变形(扁平)，一般会向钢管1的内表面插入心轴而进行弯曲加工。
另一方面，在3DQ中，一般不通过心轴等来约束钢管1的内表面，与冷拉弯机相比能够抑制褶皱以及截面变形。在3DQ中，形成于钢管1的高温部1a的沿着长度方向的长度极短。由此，通过存在于高温部1a的长度方向两侧的低温的部分来约束高温部1a，因此能够抑制由加工引起的褶皱以及截面变形。
但是，当钢管1的弯曲半径变小时，褶皱以及截面变形变得显著。因此，在钢管1的弯曲半径较小的情况下，即便在使用3DQ对钢管1进行弯曲加工的情况下，也需要抑制褶皱以及截面变形。
[控制装置(控制部)]
本实施方式所涉及的控制装置(未图示)为，根据上述研讨结果进行控制，以便在将形成钢管1的图心线的弯曲部的弯曲半径即R[mm]除以与图心线正交的钢管1的截面中的弯曲方向的尺寸即W[mm]而得到的比率R/W超过规定值的弯曲部时的钢管1的进给速度设为V1，并且将在钢管1形成高温部1a时朝感应加热机构5供给的高频电力设为Q1的情况下，在弯曲工序中，在形成比率R/W为规定值以下的弯曲部时，使进给速度比V1慢并且使高频电力比Q1低。
另外，与图心线正交的钢管1的截面中的弯曲方向的尺寸是指，以沿着该弯曲的曲率中心线的视线观察弯曲部时的钢管1的宽度尺寸。
另外，在图7A～图7F中表示钢管1的尺寸W在长度方向上不变化而具有相同的宽度尺寸W的情况，但在钢管1的尺寸W沿着长度方向变化的情况下，按照每个求出R/W的弯曲部来求出钢管1的尺寸W。
R/W的规定值优选为从3.0～8.0的范围内选择的值。通过将R/W的规定值设定为从3.0～8.0的范围内选择的值，而控制装置(未图示)对弯曲部件8的制造进行控制，由此能够良好地抑制软点、褶皱以及截面变形，并且能够良好地提高生产率。作为上述R/W的规定值，更优选为从4.0～7.0的范围内选择的值。
另外，R/W超过规定值的情况，包括形成R/W超过规定值的弯曲部的情况以及形成不进行弯曲加工的部位的情况。另外，在本实施方式中，将不进行弯曲加工的部位称作直管部，形成直管部时的R/W为无限大。
本实施方式的控制装置(未图示)为，在R/W为规定值以下的情况下，优选使钢管1的进给速度降低至上述V1的25％～75％。
通过使钢管1的进给速度降低至V1的25％～75％，由此即便在弯曲半径较小的情况下，也能够朝弯曲部外侧充分地喷射冷却介质62，因此能够适当地冷却弯曲部外侧。
此外，通过使钢管1的进给速度降低至V1的25％～75％，由此钢管1的周向被均匀地冷却，变形区域在周向上变得均匀。其结果，能够抑制褶皱以及截面变形的产生。
本实施方式的控制装置(未图示)为，在R/W为规定值以下的情况下，优选使朝感应加热装置5供给的高频电力降低至上述Q1的25％～75％。
在本实施方式中，如上所述，对朝感应加热装置5供给的高频电力进行控制，以使钢管1的最高到达温度为900～1050℃。但是，由于使钢管1的进给速度降低，因此存在钢管1被过度地加热而钢材熔化的情况、钢材的粗粒化发展而产生钢材的韧性降低的情况。通过使朝感应加热装置5供给的高频电力降低至Q1的25％～75％，由此能够防止钢管1被过度地加热。
在进行钢管1的弯曲加工时，基于上述R/W使钢管1的进给速度以及朝感应加热装置5供给的高频电力变化的方法，是由本发明首次发现的见解。
此外，控制装置(未图示)只要是能够进行上述控制的控制装置即可，并不特别限定。
(弯曲部件的制造方法)
接着，对使用了本实施方式所涉及的钢材的热弯曲加工装置0的弯曲部件8的制造方法进行说明。
本实施方式所涉及的弯曲部件8的制造方法具有把持工序、进给工序、加热工序、弯曲工序以及冷却工序。
在把持工序中，通过把持装置7把持钢管1的一端部(前端部)与另一端部(后端部)中的至少一方。
在进给工序中，将把持工序后的钢管1相对于感应加热装置5以及冷却装置6在长度方向上相对地进给。即，在进给工序中，可以将钢管1相对于感应加热装置5以及冷却装置6在长度方向上进给，也可以将感应加热装置5以及冷却装置6沿着钢管1的长度方向进给。
在加热工序中，对钢管1的长度方向的一部分进行高频感应加热，由此形成高温部1a。在加热工序中，对朝感应加热装置5供给的高频电力进行控制，由此对钢管1的最高到达温度进行控制。
在弯曲工序中，对高温部1a赋予任意方向的弯曲力矩。由此，对钢管1形成弯曲部。
在冷却工序中，朝弯曲部喷射冷却介质62，由此冷却弯曲部。
在本实施方式所涉及的弯曲部件8的制造方法中，进行控制，以便在将形成钢管1的图心线的弯曲部的弯曲半径即R[mm]除以与图心线正交的钢管1的截面中的弯曲方向的尺寸即W[mm]而得到的比率R/W超过规定值的弯曲部时的钢管1的进给速度设为V1，并且将在钢管1上形成高温部1a时朝感应加热装置5供给的高频电力设为Q1情况下，在形成比率R/W为规定值以下的弯曲部时，使进给速度比V1慢并且使高频电力比Q1低。
为了良好地抑制软点、褶皱以及截面变形，并且良好地提高生产率，作为上述R/W的规定值，优选从3.0～8.0的范围内选择的值。作为上述R/W的规定值，更优选从4.0～7.0的范围内选择的值。
如上所述，根据本实施方式，即便在制造弯曲半径R较小的弯曲部件8的情况下，也能够制造能够抑制软点的产生、褶皱以及截面变形并且生产率优异的弯曲部件8。
此外，根据本实施方式，无需使用专用的冷却装置6，能够使用在3DQ中一直以来所使用的冷却装置6来制造弯曲部件8。因此，从经济性的观点出发较优选。
另外，本发明不仅限定于上述实施方式。
例如，在上述实施方式中，对包括R/W为规定值以下的弯曲部的情况下的弯曲部件8的制造方法进行了说明。但是，在弯曲部件8所包含的全部弯曲部的R/W都超过规定值的情况下，即使使用现有的弯曲部件8的制造方法，也能够抑制软点的产生、褶皱以及截面变形，并且也不会产生生产率的降低。因此，在弯曲部件8所包含的全部弯曲部的R/W都超过规定值的情况下，无需使钢管1相对于冷却装置6的相对的进给速度、以及朝感应加热装置5供给的高频电力降低。
实施例1
如图6A所示那样，使用本实施方式的钢材的热弯曲加工装置，对钢管不进行弯曲加工而仅进行淬火，并求出能够得到良好的硬度(Hv420以上)以及良好的表面残余应力(通过X射线衍射法测定的表面残余应力按照拉伸残余应力为80MPa以下)的进给速度V0。将通过上述方法求出的进给速度V0用作为基准进给速度。
在以基准进给速度V0进给钢管的同时，对钢管进行弯曲加工。此时，使弯曲半径R变更，并调查弯曲半径R与品质合格率之间的关系。
关于品质的评价，将得到了良好的硬度(Hv420以上)以及良好的表面残余应力(通过X射线衍射法测定的表面残余应力按照拉伸残余应力为80MPa以下)的情况设为合格。而且，对于各弯曲半径R分别各进行20次弯曲试验，测定所得到的弯曲部件的硬度以及表面残余应力，求出品质合格率。另外，全部试验都以不产生褶皱的方式进行。试验结果在表1中表示。
[表1]
(弯曲变形R)/(宽度尺寸W) 品质合格率
R/W＞15.0 100％
15.0≥R/W＞10.0 100％
10.0≥R/W＞8.0 98％
8.0≥R/W＞5.5 92％
5.5≥R/W＞3.0 88％
3.0≥R/W＞2.0 61％
2.0≥R/W＞1.5 47％
如表1所示，在R/W为8.0以下的情况下，与R/W超过8.0的情况相比，品质合格率降低。特别是在R/W为3.0以下的情况下，与R/W超过3.0的情况相比，品质合格率降低。
在表1中示出以基准进给速度V0进给钢管的情况下的与R/W相对的品质合格率，而在表2中示出以比基准进给速度V0慢的速度进给钢管的情况下的与R/W相对的品质合格率。如表2所示，作为进给速度，使用基准进给速度V0的75％、50％以及25％的进给速度。
[表2]
如表2所示，通过使钢管1的进给速度降低，由此品质合格率提高。
实施例2
使用宽度尺寸25.4mm、壁厚1.8mm的碳钢管(C含有量为0.2质量％)，通过3DQ制造具有图13所示的形状的弯曲部件。使制造弯曲部件时的钢管的进给速度以及朝感应加热装置供给的高频电力变化，调查有无褶皱的产生以及加工时间。与实施例2-1、比较例2-1以及比较例2-2相关的结果在表3中表示。
另外，在实施例2-1、比较例2-1以及比较例2-2中，将朝感应加热装置供给的高频电力调整为，钢管的最高到达温度成为1000℃。
[表3]
弯曲半径R[mm] V0[mm/s] VB[mm/s] E0[kW] EB[kW] 褶皱的产生 加工时间[s]
比较例2-1 90 80 - 128.8 - 有 27
比较例2-2 90 - 30 - 48.3 无 73
实施例2-1 90 80 30 128.8 48.3 无 33
(比较例2-1)
表3的比较例2-1表示现有例，通过图11A所示的钢管的进给速度以及图11B所示的朝感应加热装置的高频电力的供给，对钢管进行弯曲加工。具体而言，将钢管的进给速度V0设为80mm/秒，将朝感应加热装置供给的高频电力E0设为128.8kW。
在通过比较例2-1制造的弯曲部件中，在弯曲部的内侧表面产生了0.6mm左右的褶皱。并且，在观察弯曲部的外侧表面时，控制在一部分产生不均匀的回火组织。上述回火组织的硬度为350Hv左右，与直管部的硬度450Hv左右相比较变得软化。此外，在通过X射线测定弯曲部的外周侧表面的残余应力时，为超过80MPa的拉伸残余应力。
(比较例2-2)
表3所示的比较例2-2表示现有例，通过图12A所示的钢管的进给速度以及图12B所示的朝感应加热装置的高频电力的供给，对钢管进行弯曲加工。具体而言，将钢管的进给速度VB设为30mm/秒，将朝感应加热装置供给的高频电力EB设为48.3kW。
在通过比较例2-2制造的弯曲部件中，在弯曲部的内侧未产生褶皱以及不均匀的回火组织。此外，在包括弯曲部在内的钢管的长度方向整体上，硬度为450Hv左右，得到良好的硬度。此外，在通过X射线测定弯曲的外侧的残余应力时，与直管部相同，在长度方向整体上为-50MPa左右的压缩残余应力，得到良好的残余应力。
但是，在比较例2-2中，弯曲加工所需要的时间为73秒，成为比较例1的大约2.7倍，生产率的降低显著。
(实施例2-1)
表3所示的实施例2-1表示本发明例，通过图14A所示的钢管的进给速度以及图14B所示的朝感应加热装置的高频电力的供给，对钢管进行弯曲加工。
在实施例2-1中，将成为直管部的预定的部分通过感应加热装置以及冷却装置时的钢管的进给速度V0设为80mm/秒。此外，将对成为直管部的预定的部分进行加热时朝感应加热装置供给的高频电力E0设为128.8kW。
另一方面，将成为弯曲部的预定的部分通过感应加热装置以及冷却装置时的钢管的进给速度VB设为30mm/秒。此外，将对成为弯曲部的预定的部分进行加热时朝感应加热装置供给的高频电力EB设为48.3kW。
另外，在实施例2-1中，基于使用了热电偶的预备实验结果，将在对进给速度从V0向VB转移的区域以及从VB向V0转移的区域进行加热时朝感应加热装置供给的高频电力控制为，使钢管的最高到达温度成为1000℃。
在通过实施例2-1制造的弯曲部件中，在弯曲部未产生褶皱以及不均匀的回火组织。此外，在包括弯曲部在内的钢管的长度方向整体上，硬度为450Hv左右，得到良好的硬度。此外，得到良好的残余应力。并且，在实施例2-1中，加工所需要的时间为33秒，与比较例2-1相比较为大约1.2倍。
根据以上的结果，在实施例2-1中，不产生褶皱以及不均匀的回火组织，能够得到良好的硬度、残余应力以及生产率。
工业上的可利用性
根据上述实施方式，能够提供即便在制造弯曲半径较小的弯曲部件的情况下，也能够降低软点的产生、褶皱以及截面的变形的产生并且生产率以及经济性优异的弯曲部件的制造方法以及钢材的热弯曲加工装置。
符号的说明
0：弯曲加工装置(钢材的热弯曲加工装置)；1：钢管(钢材)；1a：高温部(红热部)；2：支承装置；3：进给装置(进给机构)；4：可动辊轮拉丝模；5：感应加热装置(感应加热机构)；6：冷却装置(冷却机构)；7：把持装置(把持机构)；8：弯曲部件；61：喷射孔；62：冷却介质。

Claims (8)

1.一种弯曲部件的制造方法，其特征在于，具有：
进给工序，使长条的钢材的一端部为前头而沿着长度方向进给；
加热工序，通过供给高频电力，由此对上述钢材的上述长度方向的一部分进行高频感应加热而形成高温部；
弯曲工序，对上述高温部赋予任意方向的弯曲力矩而形成弯曲部；以及
冷却工序，朝上述弯曲部喷射冷却介质而进行冷却，
在将形成上述钢材的图心线的上述弯曲部的弯曲半径即R[mm]除以与上述图心线正交的上述钢材的截面中的弯曲方向的尺寸即W[mm]而得到的比率R/W超过规定值的上述弯曲部时的上述钢材的进给速度设为V1，并且将在对上述钢材形成上述高温部时供给的上述高频电力设为Q1的情况下，
在上述弯曲工序中，
在形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时，使上述进给速度比上述V1慢并且使上述高频电力比上述Q1低。
2.如权利要求1所述的弯曲部件的制造方法，其特征在于，
上述规定值是从3.0～8.0的范围内选择的值。
3.如权利要求1或2所述的弯曲部件的制造方法，其特征在于，
在上述弯曲工序中，将形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时的上述钢材的上述进给速度降低至上述V1的25％～75％。
4.如权利要求1至3中任一项所述的弯曲部件的制造方法，其特征在于，
在上述弯曲工序中，在形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时，将所供给的上述高频电力降低至上述Q1的25％～75％。
5.一种钢材的热弯曲加工装置，其特征在于，具备：
进给机构，使长条的钢材的长度方向的一端部为前头而沿着上述长度方向进给；
感应加热机构，通过供给高频电力，由此对上述钢材的上述长度方向的一部分进行高频感应加热而形成高温部；
弯曲机构，对上述高温部赋予任意方向的弯曲力矩而形成弯曲部；
冷却机构，朝上述弯曲部喷射冷却介质而进行冷却；以及
控制部，对上述进给机构、上述感应加热机构、上述弯曲机构以及上述冷却机构进行控制，
在将形成上述钢材的图心线的上述弯曲部的弯曲半径即R[mm]除以与上述图心线正交的上述钢材的截面中的弯曲方向的尺寸即W[mm]而得到的比率R/W超过规定值的上述弯曲部时的上述钢材的进给速度设为V1，并且将朝上述感应加热机构供给的上述高频电力设为Q1的情况下，
上述控制部使形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时的上述进给速度比上述V1慢且使上述高频电力比上述Q1低。
6.如权利要求5所述的钢材的热弯曲加工装置，其特征在于，
上述规定值是从3.0～8.0的范围内选择的值。
7.如权利要求5或6所述的钢材的热弯曲加工装置，其特征在于，
上述控制部对上述进给机构进行控制，以便将形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时的上述钢材的上述进给速度降低至上述V1的25％～75％。
8.如权利要求5至7中任一项所述的钢材的热弯曲加工装置，其特征在于，
上述控制部对上述感应加热机构进行控制，以便将形成上述比率R/W为上述规定值以下的上述弯曲部时供给的上述高频电力降低至上述Q1的25％～75％。
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