JP2013176808A - 曲げ加工製品の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼管1をその長手方向へ送りながら第1の位置Aにおいて支持するとともに、第2の位置Bにおいて送られる鋼管1を部分的に加熱し、第3の位置Cにおいて鋼管1の加熱された部分を冷却するとともに、第3の位置Cよりも下流の領域Dで、鋼管1を把持する把持手段15の位置を、第3の位置Cよりも鋼管1の送り方向の上流側の空間を含むワークスペース内において鋼管1の送り方向を含む三次元の方向へ変更して、鋼管1の加熱された部分に曲げモーメントを与えることによって、三次元に屈曲する曲げ加工部を、長手方向へ向けて断続的又は連続的に備える曲げ加工製品を製造する。
【選択図】図1
Description
送り装置3は、支持手段2によりその軸方向へ移動自在に支持された金属材1を、上流側から下流側へ向けて送る。支持手段2の下流に配置された高周波加熱コイル5は、金属材1を部分的に焼入れが可能な温度域に急速に加熱する。高周波加熱コイル5の下流に配置される水冷装置6は、金属材1を急冷する。水冷装置6の下流に配置される可動ローラダイス4は、金属材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。可動ローラダイス4は、三次元で移動することにより、金属材1の加熱された部分に曲げモーメントを付与して金属材1に曲げ加工を行う。
(a)加工および冷却された金属材1は、曲げ加工の開始当初には可動ローラダイス4と線接触して支持されるため、可動ローラダイス4との接触位置を維持できる。
(b)可動ローラダイス4を通過した部分の金属材1に作用する重力が、加工の進行に伴って不可避的に徐々に増加する。
(c)金属材1は、この重力の増加に伴って、可動ローラダイス4と線接触する位置を中心として回転する。加熱された部分1aに余分な変形が、この回転により発生するため、金属材1の加工精度が低下する。
(d)上記重力の増加のみならず、高周波加熱コイル5による加熱の不均一や、水冷装置6による冷却の不均一による金属材1の熱変形や、金属材1の素材のばらつき、さらにはその他の加工条件の微妙な変動等といった様々な外乱が、金属材1をさらに回転させるため、金属材1の加工精度がさらに低下する。
(e)金属材1の外乱による回転は、可動ローラダイス4を通過した金属材1の部分を、追加して設ける可動ローラにより支持および拘束することによって抑制でき、これにより、金属材1の加工精度の低下を抑制できる。
(f)金属材1を大きな曲げ角度で曲げ加工することは、可動ローラダイス4と他の装置との干渉が発生するため不可能であるとともに、可動ローラ4aが金属材1の表面に強く接触するため金属材1の表面性状の悪化や傷が発生し、歩留りや生産性が低下する。
(課題1)可動ローラダイス4が三次元で移動することによって金属材1に曲げ加工を行うと、可動ローラダイス4のローラ4aは金属材1の表面に線接触する。このため、金属材1の表明性状が変化したり、あるいはローラ4aの表面に傷が発生するためにローラ4aを頻繁に交換する必要が生じる。
(課題2)可動ローラダイス4のローラ4aは、可動ローラダイス4本体に回転自在に支持されながら金属材1の表面に線接触する。このため、金属材1の自重等の外乱の影響により金属材1の曲げ加工精度が低下し、所望の曲げ加工精度を得られない。
(課題3)可動ローラダイス4のローラ4aの大きさ、このローラ4aに附帯する部品(クランプ、油圧シリンダ、エアシリンダ、ロールチャック、ハウジング等)の大きさ、加熱装置の大きさ、さらには冷却装置の大きさが原因となり、ある一定の角度以上の曲げ角度の曲げ加工を金属材1に行うことができない。特に、金属材1の曲げ半径が小さい場合には、可動ローラダイスや、このローラに附帯する部分が金属材1と干渉し易くなり、加工ができない。
(課題4)加熱された金属材1の冷却媒体の主成分は、一般的に水であるため、この冷却媒体が飛散し、可動ローラダイス4の摺動部に付着し、この摺動部に錆が発生し、装置が損傷する。さらに、酸化物(以下「スケール」と呼ぶ)が加熱された金属材1の表面に発生する。その後、金属材1の表面に形成されたスケールの一部は、その後の冷却過程で冷却媒体の中に混入し、可動ローラダイス4やその摺動部に付着する。
また、可動ローラダイス4の摺動部は精密な位置決め機構を構成する。スケールが可動ローラダイス4の摺動部に付着して傷等が発生すると、可動ローラダイス4を構成する機械部品自体の寿命が短縮するとともに、正確な位置決めが困難になる。生産を長時間中断して頻繁にメンテナンスを行ったり、摺動部全体を保護カバーで覆う等の防塵対策を行う必要がある。
(課題5)自動車や自動車車体の構成部品は、自動車の組み立て精度の向上の観点から、よりいっそうの寸法精度の向上が求められている。特に、自動車車体の組立ての生産性の向上、自動車車体の剛性向上さらには自動車車体の振動や騒音の抑制の観点から、旧来のスポット溶接に代替してレーザー溶接が採用され始めている。レーザー溶接に供される構成部品は、レーザーの焦点深度を確実に得るために、スポット溶接に供される構成部品よりも、高い寸法精度が要求される。このため、特許文献1により開示された発明により製造される部品は、さらに寸法精度を高める必要がある。
送り装置11は、閉じた断面形状を有する長尺の金属材1をその長手方向へ送る。
この送り装置11としては、電動サーボシリンダーを用いたタイプが例示される。送り装置11は、特定の型式のものに限定する必要はなく、ボールネジを用いたタイプやタイミングベルトやチェーンを用いたタイプ等といったこの種の送り装置として公知のものであれば等しく用いることができる。
支持装置13は、送り装置11によりその軸方向へ送られる金属材1を、第1の位置Aにおいて移動自在に支持する。
[高周波加熱装置14]
高周波加熱装置14は、送られる金属材16の送り方向について第1の位置Aよりも下流に位置する第2の位置Bにおいて、送られる金属材1を部分的に加熱する。
さらに、高周波加熱装置14の上流側に少なくとも1つ以上設けられる金属材1の予熱手段を併用することによって、送り出される金属材1の一部をその周方向へ不均一に加熱することもできる。
[冷却装置16]
冷却装置16は、金属材1の送り方向について第2の位置Bよりも下流の第3の位置Cにおいて、送られる金属材1を、第2の位置Bで加熱された部分を冷却する。金属材1は位置B〜位置C間において高温に加熱されるので、変形抵抗が大幅に低下した状態にある。
[把持手段15]
把持手段15は、金属材1の送り方向について第3の位置Cよりも下流の領域Dで、送られる金属材1を把持しながら、第3の位置Cよりも金属材1の送り方向の上流側の空間を含むワークスペース内において、少なくとも金属材1の送り方向を含む三次元の方向へ移動することによって、金属材1における、高周波加熱装置14により加熱された部分に曲げモーメントを与えるためのものである。把持手段としては、一般的には、チャック機構を用いることができる。
x<0 かつ (y=0またはy≧0.5D) かつ 0≦θ<360°
・・・・・(1)
x2+(y−Rmin)2≧Rmin2 ・・・・(2)
x2+(y+Rmin)2≧Rmin2−(0.5D−Rmin)2+(0.5D+Rmin)2 ・・・・(3)
ただし、式(1)〜(3)において、Dは曲げ加工製品の最小外形寸法(mm)を意味し、Rminは曲げ加工製品の最小曲率半径(mm)を意味し、x、y、θは第2の位置を原点とする円柱座標系であって、金属材の瞬間的な送り方向をxの正方向とし、xと水平面内で直交する方向をyとし、周方向の角度をθとする。
次に、この製造装置10によって、三次元に屈曲する曲げ加工部を、長手方向へ向けて断続的又は連続的に備える曲げ加工製品を製造する状況を説明する。
次に、(a)金属材1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Bにおいて高周波加熱装置14により、送られる金属材1を部分的に加熱すること、(b)金属材1の送り方向について第2の位置Bよりも下流の第3の位置Cにおいて冷却装置16により第2の位置Bで加熱された部分を冷却すること、および(c)金属材1の送り方向について第3の位置Cよりも下流の領域Dで、金属材1を把持する把持手段15の位置を、第3の位置Cよりも金属材1の送り方向の上流側の空間を含むワークスペース内において、少なくとも金属材1の送り方向を含む三次元の方向へ変更して、金属材1における加熱された部分に曲げモーメントを与えることを、目標とする製品形状に合わせて継続して行う。
(a)電縫鋼管製造ラインを構成する、帯状鋼板を連続的に繰り出すアンコイラーと、繰り出された帯状鋼板を所定の断面形状の管に成形する成形手段と、突き合わされた帯状鋼板の両側縁を溶接して連続する管を形成する溶接手段と、溶接ビード切削および必要に応じてポストアニールやサイジングをする後処理手段とを備える曲げ加工製品の連続製造装置における、この後処理手段の出側に、配置すること、または
(b)ロールフォーミングラインを構成する、帯状鋼板を連続的に繰り出すアンコイラーと、繰り出された帯状鋼板を所定の断面形状に成形する成形手段とを備える曲げ加工製品の連続製造装置における、この成形手段の出側に配置すること
によって、曲げ加工製品を連続的に製造することができる。
1 金属材
2 支持手段
3 送り装置
4 可動ローラダイス
4a ロール対
5 高周波加熱コイル
6 水冷装置
10、10−1 製造装置
11 送り装置
12 つかみ部
13 支持装置
14 高周波加熱装置
15 把持手段
16 冷却装置
17 本体
18 第1の基盤
19 第2の基盤
20 移動機構
Claims (9)
- 閉じた断面形状を有する長尺の金属材を、その長手方向へ送りながら第1の位置において支持するとともに、
該金属材の送り方向について前記第1の位置よりも下流の第2の位置において送られる金属材を部分的に加熱し、金属材の送り方向について前記第2の位置よりも下流の第3の位置において前記第2の位置で加熱された部分を冷却するとともに、金属材の送り方向について前記第3の位置よりも下流の領域で、前記金属材を把持する把持手段の位置を、前記第3の位置よりも前記金属材の送り方向の上流側の空間を含むワークスペース内において少なくとも金属材の送り方向を含む三次元の方向へ変更して、前記金属材における前記加熱された部分に曲げモーメントを与えることによって、
三次元に屈曲する曲げ加工部を、長手方向へ向けて断続的又は連続的に備える曲げ加工製品を製造すること
を特徴とする曲げ加工製品の製造方法。 - 前記ワークスペースは、下記式(1)かつ(2)かつ(3)により規定される三次元空間である請求項1に記載された曲げ加工製品の製造方法。
x<0 かつ (y=0またはy≧0.5D) かつ 0≦θ<360°
・・・・・(1)
x2+(y−Rmin)2≧Rmin2 ・・・・(2)
x2+(y+Rmin)2≧Rmin2−(0.5D−Rmin)2+(0.5D+Rmin)2 ・・・・(3)
ただし、式(1)〜(3)において、
D:前記曲げ加工製品の最小外形寸法(mm)
Rmin:前記曲げ加工製品の最小曲率半径(mm)
x、y、θ:前記第2の位置を原点とする円柱座標系であって、前記金属材の瞬間的な送り方向をxの正方向とし、xと水平面内で直交する方向をyとし、周方向の角度をθとする。 - 前記曲げ加工製品は、前記長手方向へ少なくとも二つの互いに異なる曲率半径の部分を有する請求項1に記載された曲げ加工製品の製造方法。
- 前記金属材は、円形、矩形、楕円形、長円形、多角形、多角形と円の組み合わせ、または多角形と楕円の組み合わせからなる横断面形状を有する請求項1に記載された曲げ加工製品の製造方法。
- 前記把持手段は、前記金属材の先端部の内部に挿入して配置されることによって前記金属材を把持する請求項1に記載された曲げ加工製品の製造方法。
- 前記把持手段は、前記金属材の先端部の外面に当接して配置されることによって前記金属材を把持する請求項1に記載された曲げ加工製品の製造方法。
- 送られる前記金属材は、前記第2の位置において部分的に焼入れが可能な温度に加熱されるとともに前記第3の位置において冷却されることによって、その一部を焼入れられる請求項1に記載された曲げ加工製品の製造方法。
- 前記曲げ加工製品は、少なくとも長手方向及び/又はこの長手方向と交差する断面内における外周方向へ向けて、断続的又は連続的に焼入れ部を有する請求項1に記載された曲げ加工製品の製造方法。
- 閉じた断面形状を有する長尺の金属材をその長手方向へ送るための送り装置と、
送られる前記金属材を、第1の位置において支持するための支持装置と、
送られる前記金属材を、金属材の送り方向について前記第1の位置よりも下流の第2の位置において部分的に加熱するための加熱装置と、
送られる金属材を、金属材の送り方向について前記第2の位置よりも下流の第3の位置において前記第2の位置で加熱された部分を冷却するための冷却装置と、
送られる金属材を、金属材の送り方向について前記第3の位置よりも下流の領域で把持しながら、前記第3の位置よりも前記金属材の送り方向の上流側の空間を含むワークスペース内において少なくとも金属材の送り方向を含む三次元の方向へ移動することによって、前記金属材における前記加熱された部分に曲げモーメントを与えるための把持手段と
を組み合わせて備えることを特徴とする曲げ加工製品の製造装置。
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