JP2012197488A - 熱処理鋼材又は曲げ部材の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】長手方向の第1の端部17aを先頭として長手方向へ送られる鋼管17の外面17cから離間して第1の位置Aに配置され、鋼管17をAc3点以上に加熱する誘導加熱コイル12aと、第1の位置Aよりも鋼管17の送り方向の下流の第2の位置Bで鋼管17の外面17cに冷却水13bを吹き付けることによって、誘導加熱コイル12aによる鋼管17の加熱位置P1と冷却水13bの鋼管17への吹き付け位置P2との間に赤熱部17dを形成しながら、鋼管17を焼入れる冷却機構13と、赤熱部17dの温度測定機構14と、温度測定機構14の測定結果に基づいて、誘導加熱コイル12aへの電力の投入量をフィードバック制御する投入電力制御機構15とを備える製造装置10である。
【選択図】図1
Description
図3に示すように、曲げ加工装置0は、支持機構2によりその軸方向へ移動自在に支持される鋼管1を、上流側から下流側へ向けて、例えばボールネジを用いた送り機構3により送る。そして、支持機構2の下流で誘導加熱コイル5によって鋼管1を部分的に焼入れが可能な温度域(Ac3点以上)に急速に加熱するとともに、加熱機構5の下流に配置される水冷装置6から鋼管1に冷却水を吹き付けて鋼管1を急冷することによって、誘導加熱コイル5による鋼管1の加熱位置と冷却水の鋼管1への吹き付け位置との間に、Ac3点以上の温度の赤熱部を形成する。さらに、鋼管1を送りながら支持可能であるロール対4aを少なくとも一組有する可動ローラーダイス4の位置を二次元又は三次元で変更することによって鋼管1の赤熱部に曲げモーメントを付与する。
(A)従来の電圧制御に替えて、加熱コイル5へ供給する電力を一定とする制御(以下、「電力一定制御」という)を用いることにより、偏肉やスケール付着等によって加熱コイル5のインピーダンスが変動しても、加熱コイル5の出力電力は一定に維持されるので、従来の電圧制御よりも鋼管1の加熱温度の均一性は向上する。
(B)しかし、電力一定制御では、投入電力が一定であるだけなので、鋼管1の偏肉に伴う鋼管1の加熱温度の変動を改善できない。
(C)加熱コイル5へ供給する電力量を一定に制御するのではなく、加熱コイル5の直下に存在する鋼管1の赤熱部の温度を測定し、この測定値に基づいて加熱コイル5へ供給する電力量をフィードバック制御すること(以下、「鋼管温度制御」という)によって、鋼管1の長手方向への偏肉に対して鋼管1の加熱温度を一定に制御することが可能になる。
(D)鋼管温度制御によれば、温度計で実際に計測する鋼管1の長手方向の温度を一定に制御することが可能になるが、鋼管1の周方向への偏肉に対して鋼管1の加熱温度を均一にすることはできない。
(E)鋼管1の周方向への複数位置の温度を測定し、これらの測定値の平均値を均一にするように鋼管温度制御を行うことによって、鋼管1の長手方向への偏肉のみならず、周方向への偏肉に対しても鋼管1の温度を一定に制御することが可能になる。
閉じた横断面形状を有するとともに長手方向の第1の端部を先頭としてこの長手方向へ送られる鋼材の外面から離間して第1の位置に配置され、鋼材を所定の温度域に加熱する誘導加熱コイルと、
第1の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第2の位置で鋼材の外面に冷却媒体を吹き付けることによって、誘導加熱コイルによる鋼材の加熱位置と冷却媒体の鋼材への吹き付け位置との間に赤熱部を形成しながら、鋼材を熱処理する冷却機構と、
赤熱部の温度測定機構と、
この温度測定機構の測定結果に基づいて誘導加熱コイルへの電力の投入量をフィードバック制御する投入電力制御機構と
を備えることを特徴とする熱処理鋼材の製造装置である。
これらの本発明では、熱処理が焼入れであることが望ましい。
鋼管17は、第1の端部17aの内部に、把持部材(チャック)18を挿設される。また、第2の端部17bの内部にも、把持部材(チャック)19を挿設される。把持部材18は、筒状の大径部18aと筒状の小径部18bとを有し、同様に、把持部材19も、筒状の大径部19aと、筒状の小径部19bとを有する。大径部18a、19aの外径は鋼管17の外径よりも大きく設定される。小径部18b、19bの内径は、鋼管17の内径よりも小さく設定される。
[加熱機構12]
加熱機構12は、送り機構11によってその長手方向へ送られる鋼管17の外面17cから離間して第1の位置Aに配置される。加熱機構12は、この鋼管17を、例えば焼入れ可能温度域(Ac3点以上)に加熱するためのものである。
加熱機構13は、以上のように構成される。
冷却機構13は、第1の位置Aよりも鋼管17の送り方向の下流の第2の位置Bに配置される。冷却機構13は、鋼管17の外面17cに冷却媒体13bを吹き付けることにより鋼管17を焼入れるためのものである。
冷却機構13は、以上のように構成される。
温度測定機構14は、鋼管17の赤熱部17dの温度を測定するためのものである。温度測定機構14は、赤熱部17dの温度を測定することができる機構であれば如何なるものでもよい。例えば、図1に示す温度測定機構14とは相違するが、誘導加熱コイル12aの入側から赤熱部17dを覗くように放射温度計を配置して計測することが例示される。誘導加熱コイル12aの入側から放射温度計を用いて計測することにより、冷却水13bの飛散により計測値が変動することを可及的に排除することができる。
温度測定機構14は、以上のように構成される。
投入電力制御機構15は、温度測定機構14の上記測定結果t1、t2の平均値に基づいて、誘導加熱コイル12aへの電力の投入量をフィードバック制御する。具体的には、投入電力制御機構15は、測定結果が予め定めた目標値より低い場合には誘導加熱コイル12aへの電力の投入量を高めるとともに、測定結果が予め定めた目標値よりも高い場合には誘導加熱コイル12aへの電力の投入量を低め、これによって、鋼管17の加熱温度がその長手方向及び/又は周方向について均一になるように制御する。
また、上述したように、温度測定機構14による赤熱部17dの測定結果として、鋼管17の長手方向及び/又は周方向への複数の位置に関する測定結果(図1に示す例では2箇所の測定結果t1、t2)を用いる場合、投入電力制御機構15は、鋼管17の長手方向測定は、送り装置11により鋼管17が長手方向へ送られることにより常時測定可能となるとともに、鋼管17の周方向の測定も、周方向に設置された台数分だけ常時測定可能となるように、測定結果を入力され、これらに応じ、常時、制御信号Sを高周波電流発生装置12bへ出力することが、鋼管17の加熱温度をその長手方向及び/又は周方向について均一にするためには、望ましい。
投入電力制御機構15は、以上のように構成される。
冷却媒体侵入防止ガス供給機構16は、本発明では必ずしも設置する必要はないが、設置することにより、鋼管17の加熱温度をその長手方向及び/又は周方向についてより均一にすることができるために、設置することが望ましい。
把持部材18の小径部18bの外面と、鋼管17の第1の端部17aの内面との間、又は、大径部18aの端面と、鋼管17の第1の端部17aの端面との間には、いずれにも、不可避的に隙間が存在する。
はじめに、第1の端部17aの内部に把持部材18を挿設された鋼管17を、送り装置11によって、第1の端部17aを先頭としてその長手方向(図1中の白抜き矢印方向)へ送る。次に、加熱機構12の誘導加熱コイル12aにより、鋼管17を例えば焼入れ可能温度域に急速に加熱するとともに、冷却機構13により鋼管17の外面17cに冷却水13bを吹き付けることにより、誘導加熱コイル12aによる鋼管17の加熱位置P1と冷却水13bの鋼管17への吹き付け位置P2との間に赤熱部17dを形成しながら、鋼管17を焼入れる。
製造装置20は、上述した本発明に係る焼入れ鋼材の製造装置10と、第1の支持機構21と、第2の支持機構22と、変形抑制機構23とを備えるので、これらの構成要素を順次説明する。なお、以降の説明では、製造装置10については、重複する説明は適宜省略する。
図1を参照しながら上述したように、製造装置10は、送り機構11と、加熱機構12と、冷却機構13と、温度測定機構14と、投入電力制御機構15と、冷却媒体侵入防止ガス供給機構16とにより構成される。
以降の説明では、第1の産業用ロボット24のみならず、誘導加熱コイル支持ロボット25、第2の産業用ロボット26さらには第3の産業用ロボット27にも、第1の産業用ロボット24と同様のロボットを用いた場合を例にとる。
把持部材18は、送り機構11においてのみならず、後述する第2の支持機構22として可動ローラーダイスを用いずに第2の産業用ロボット26によって鋼管17を直接掴持する場合や、変形防止機構23においても用いられる。把持部材18は、製造装置20により製造される曲げ部材の寸法精度や生産性に大きく影響する。
冷却機構13である水冷装置13aは、鋼管17の送り方向について第1の位置Aよりも下流の第2の位置に固定して配置されて、送られる鋼管17における加熱機構12により加熱された部分を冷却するためのものである。
第1の支持機構21は、第1の位置Aよりも鋼管17の送り方向の上流の位置A’、すなわち送り機構11と加熱機構12との間に配置され、送り機構11により送られる鋼管17を送りながら支持するためのものであり、鋼管17を送りながら支持可能である一対のロール21a、21aを少なくとも一組(図示例ではロール対21b、21bをもう一組有し、合計二組)有するダイス30により構成される。
このようなダイス30は、当業者にとっては周知慣用であるので、第1の支持機構21に関するこれ以上の説明は省略する。
第2の支持機構25は、冷却機構13よりも鋼管17の送り方向の下流の位置B’に配置されて、送られる鋼管17を移動自在に支持する。また、第2の支持機構25は、鋼管17の少なくとも一箇所を支持しながら二次元又は三次元の方向へ移動する。これにより、第2の支持機構22は、鋼管17における位置A〜B間の、加熱されて変形抵抗が大幅に低下した赤熱部17dに曲げモーメントを与えて、鋼管17を所望の形状に曲げ加工するためのものである。
変形抑制機構23は、鋼管17の送り方向について位置B’よりも下流の位置Cに配置されて、送られる鋼管17の変形を防止するためのものである。
また、第3の産業用ロボット27の手首は、鋼管17の第1の端部17aの内部に挿設された把持部材18を支持する。
はじめに、送り装置11である第1の産業用ロボット24を動作させることによって、第1の端部17aの内部に把持部材18が挿設された鋼管17を、第1の端部17aを先頭としてその長手方向へ送る。
(1)送られる鋼管17を第1の支持機構21により移動自在に支持する。
(2)送られる鋼管17を、加熱機構12により焼入れ可能温度域に加熱した後に、水冷機構13cから外面17cに冷却水13bを吹き付けることにより鋼管17を冷却する。この際、誘導加熱コイル支持ロボット25は停止させた状態としておけばよい。
(i)自動車のサスペンションのロアーアームやブレーキペダルといった自動車の強度部材、
(ii)自動車の各種レインフォース、ブレース等の補強部材、
(iii)バンパー、ドアインパクトビーム、サイドメンバー、サスペンションマウントメンバー、ピラー、サイドシル等の自動車の構造部材、
(iv)自転車や自動二輪車等のフレーム、クランク
(v)電車等の車輛の補強部材、台車部品(台車枠、各種梁等)
(vi)船体等のフレーム部品、補強部材、
(vii)家電製品の強度部材、補強部材又は構造部材
1 鋼管
2 支持機構
3 送り機構
4 可動ローラーダイス
4a ロール
5 加熱機構
6 冷却機構
8 曲げ部材
10 本発明に係る熱処理鋼材の製造装置
11 送り機構
12 加熱機構
12a 誘導加熱コイル
12b 高周波電流発生装置
13 冷却機構
13a 水冷機構
13b 冷却媒体
14 温度測定機構
15 投入電力制御機構
16 冷却媒体侵入防止ガス供給機構
16a 気体供給系
17 鋼管
17a 第1の端部
17b 第2の端部
17c 外面
17d 赤熱部
18 把持部材(チャック)
18a 大径部
18b 小径部
19 把持部材(チャック)
19a 大径部
19b 小径部
19c 流路
20 本発明に係る曲げ部材の製造装置
21 第1の支持機構
21a、21b ロール
22 第2の支持機構
22a ロール
23 変形抑制機構
24 第1の産業用ロボット
25 誘導加熱コイル支持ロボット
26 第2の産業用ロボット
27 第3の産業用ロボット
28 上腕
29 前腕
30 ダイス。
31 支持台
32 可動ローラーダイス
33 グリッパー
Claims (8)
- 閉じた横断面形状を有するとともに長手方向の第1の端部を先頭として該長手方向へ送られる鋼材の外面から離間して第1の位置に配置され、該鋼材を所定の温度域に加熱する誘導加熱コイルと、
前記第1の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第2の位置で前記鋼材の外面に冷却媒体を吹き付けることによって、前記誘導加熱コイルによる前記鋼材の加熱位置と前記冷却媒体の前記鋼材への吹き付け位置との間に赤熱部を形成しながら、該鋼材を熱処理する冷却機構と、
前記赤熱部の温度測定機構と、
該温度測定機構の測定結果に基づいて、前記誘導加熱コイルへの電力の投入量をフィードバック制御する投入電力制御機構と
を備えることを特徴とする熱処理鋼材の製造装置。 - 前記測定結果は、前記鋼材の長手方向への複数の位置に関する測定結果である請求項1に記載された熱処理鋼材の製造装置。
- 前記測定結果は、前記鋼材の周方向への複数の位置に関する測定結果である請求項1又は請求項2に記載された熱処理鋼材の製造装置。
- 前記熱処理は焼入れである請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された熱処理鋼材の製造装置。
- 前記鋼材は鋼管である請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された熱処理鋼材の製造装置。
- 閉じた横断面形状を有する鋼材を、第1の端部を先頭として長手方向へ送りながら、送られる当該鋼材の外面から離間して第1の位置に配置される誘導加熱コイルにより前記鋼材を所定の温度域に加熱し、前記第1の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第2の位置に配置される冷却機構により前記鋼材の外面に冷却媒体を吹き付けることにより、前記誘導加熱コイルによる前記鋼材の加熱位置と前記冷却媒体の前記鋼材への吹き付け位置との間に赤熱部を形成しながら、該鋼材を熱処理する際に、
前記赤熱部の温度の測定結果に基づいて、前記誘導加熱コイルへの電力の投入量をフィードバック制御すること
を特徴とする熱処理鋼材の製造方法。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載された熱処理鋼材の製造装置と、
前記第1の位置よりも前記鋼材の送り方向の上流に配置され、送られる鋼材を移動自在に支持する第1の支持機構と、
前記冷却機構よりも前記鋼材の送り方向の下流に配置され、送られる鋼材を移動自在に支持しながら、該鋼材の支持位置を三次元又は二次元で変更することにより、前記赤熱部に曲げモーメントを与える第2の支持機構と
を備えることを特徴とする曲げ部材の製造装置。 - 閉じた横断面形状を有する鋼材を、第1の端部を先頭として長手方向へ送り、送られる該鋼材を第1の支持機構により移動自在に支持し、送られる前記鋼材の外面から離間して第1の位置に配置される誘導加熱コイルにより前記鋼材を所定の温度域に加熱し、前記第1の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第2の位置に配置される冷却機構により前記鋼材の外面に冷却媒体を吹き付けることによって、前記誘導加熱コイルによる前記鋼材の加熱位置と前記冷却媒体の前記鋼材への吹き付け位置との間に赤熱部を形成しながら、該鋼材を冷却し、前記冷却機構よりも前記鋼材の送り方向の下流の位置に配置されて前記鋼材を移動自在に支持する第2の支持機構による該鋼材の支持位置を、三次元又は二次元で変更することにより、前記赤熱部に曲げモーメントを与える際に、
前記赤熱部の温度の測定結果に基づいて前記誘導加熱コイルへの電力の投入量をフィードバック制御すること
を特徴とする曲げ部材の製造方法。
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