JP4295825B2 - 湾曲焼入れ断面材要素の製造方法およびこの方法を実施するためのダイ工具 - Google Patents

Description

本発明は、請求の範囲第１項の導入部に従って、閉断面を有する材料から、湾曲且つ焼入れさせられた閉断面を有する材料（湾曲焼入れ閉断面を有する材料）を製造する方法、および、この方法を実施するダイ工具に関連する。
鋼から焼入れ加工物を作ることは、ずっと以前から、知られている。これは、普通、適当な操作および適当な工具を選択することにより、加工物を所望の形態にして、その後、加工物を焼入れ温度まで加熱し、焼入れ工程中の変形を防止するために、別体の固定具内に配置し、その中で、加工物を、鋼の化学組成に応じた速度で冷却する。２つの別の工具に対する不要な工具コストに加えて、加熱状態の閉断面を有する材料を、これらの工具即ち固定具の間で処理しなければならないので、酸化物生成の危険が増大する。
同じ工具で製品を成形し且つ焼入れすることにより、湾曲成形製品の製造を、より簡単且つ安価にさせるという要請が、長い間、存在していた。このように、プレス工具および高い冷却速度を達成する焼入れ工具を、適当な方法で、設計することが困難であることが、特に、示され、特に、低い合金鋼の焼入れに対しては、冷却速度が、良い焼入れ結果を達成することを全体的に決定する。
業界で既に知られていることに関連しては、一つのおよび同じ工具内での同時成形焼入れによる所謂プレス焼入れによって、高い耐性の板要素を達成することが既に知られていることが言及されている。この方法では、低い合金板形鋼を、普通は摂氏８００乃至９５０度である焼入れ温度まで加熱し、その後、この形鋼を冷却チャネルを備えたプレス工具に配置し、チャネル内を流れる冷却媒体によって急速に焼入れしながら成形する。しかしながら、この方法は、大きな熱分配面を備えたほぼ平坦な面状板要素にのみ適用可能であり、熱分配面が比較的小さな閉断面を有する材料を用いる本発明には適用できない。
米国特許第４，０５７，２３０号明細書と、米国特許第３，５８９，６９７号明細書によって、クランクシャフトのベアリングサイトを焼入れする方法および装置が既に知られている。焼入れ温度まで加熱されたクランクシャフトの固定のために、相対的に離れて配置され、相対的に可撓性であり、且つ、幾つかの突出する第２部分を有する第１部分を備えている装置が使用され、その自由端の凹部は、可撓性の第１部分を一緒にしたとき、クランクシャフトのベアリングサイトを受入れ且つほぼ囲む目的を備えている。クランクシャフトのベアリングサイトの焼入れは、突出部分を通って延びる幾つかのチャネルによって行われ、チャネルは、冷却液を供給し且つ取除くために、凹部の周縁に出ている。
特に、自動車産業では、いつも望まれている安全性および重量軽減を放棄することなく、少なくとも今日の環境上の理由のためでなく、従来、車体支持部分に使用されていた高い耐久性の材料と交換するために、低い合金鋼板から、簡単且つ安価な方法で、柱および屋根用断面材（profile）のような湾曲焼入れ閉断面を有する材料を製造できるようにするという要請が、長い間、あった。
したがって、本発明の目的は、新規かつ改良した製造方法およびこの方法を実施するダイ工具を提供することにより、湾曲形状で焼入れされる閉断面を有する材料の製造を簡単且つ安価にすることである。より詳細には、本発明は、湾曲と焼入れとの両方を行うことができる共通の一つの工具で、湾曲形状で焼入れされる閉断面を有する材料を製造することを提供する。この方法による湾曲形状で焼入れされる閉断面を有する材料の製造は、閉じた真っ直ぐな焼入れ断面材鋼部材の連続的な製造用の既存の製造ラインに、容易に組み込むことができる。
本発明の目的は、請求の範囲第１項および第２項の特徴部分に述べられている特徴によって達成される。
湾曲形状で焼入れされる閉断面を有する材料を入れた状態で冷却液が供給される焼入れ方法およびダイ工具が提供され、冷却液は、熱を放散させるためにダイ工具を通して案内され、このようにして、ただ一つの工具を用いて、中に収容された閉断面を有する材料の外側で、通常は一般に、閉じた真っ直ぐな湾曲形状で焼入れされる閉断面を有する材料を製造するために設けられた在来の製造ラインで、製造することが可能になる。
以下、添付図面を参照して、実施の形態と関連して、本発明を説明する。
図１ないし図３は、本発明の方法によって湾曲形状で焼入れされる閉断面を有する材料を製造する種々の行程中の製造ラインの一部分及びこれらの製造のためのダイ工具の斜視図であり、図４は、図１ないし図３のダイ工具のもう一つの実施の形態の側面図である。
図１ないし図３を参照すると、焼入れステーションは、全体が参照番号１で示され、本発明による、閉じた湾曲させられ且つ焼入れられた閉断面を有する材料（輪郭要素：profile element）２を製造する製造ラインの端の一部分として構成されている。図中、通路３の一部分が、この通路に沿って閉断面を有する材料を運搬する駆動ローラ４を備えているのが示されている。焼入れステーションは、閉断面を有する材料を湾曲させるダイ工具５と、湾曲させられた要素用の冷却装置６とを備えている。冷却装置６は、シャワー又は流水（flush）装置７を備えており、このシャワー即ち流水装置は、冷却液を自由に供給し、且つ、梁（ビーム）８又は通路３の上を延びる類似物の形態を有するブラケットによって、しっかりと支持されている。
図１の送られてきた閉断面を有する材料２は、図示しない前行程で、焼入れ温度まで加熱されている。加熱された閉断面を有する材料２は、駆動ローラ４によって、ダイ工具５まで搬送され、ダイ工具は、閉断面を有する材料２を成形すなわち湾曲させる２つの対向する可動工具半部９、９’を備え、これらの半部の内側は、対向する工具半部９、９’が互いを向いて駆動させられたとき、これらの間に配置された閉断面を有する材料が所望の曲率となるような形態を備えている。通路３に沿って可動であり、これによって、流水装置７の下で前後に移動可能となるように、工具半部は、案内ブロック１１、１１’、又は、通路３の両側で延びる類似物に沿って案内される対応する門状構造体１０、１０’を介して、支持されている。この門状構造体１０、１０’の同時往復動は、ここでは図示しない適当な公知の機構によって、例えば、ナットネジ（nutscrew）によって、行われる。同様に、工具半部９、９’の互いに向かっての駆動、即ち、間に配置された閉断面を有する材料２の湾曲は、適当な機構によって、例えば、図示する液圧作動シリンダ１２によって、実施される。
各工具半部９、９’は、内側に、逆向きの交互になった円周リブ１３と、この内側に沿って連続的に延びる溝１４を備えている。これらリブ１３および溝１４の目的は、シャワーまたは流水装置７から、自由に存在している冷却液を、ダイ工具５に通し、その間ずっとダイ工具５に包まれているにもかかわらず、閉断面を有する材料２の外側から熱を放散させることである。この目的のために、工具半部の対応する内側に形成された溝の方向は、溝が流れ方向と平行に延びるように選択される。閉断面を有する材料２がダイ工具５内に入れられると、これらの溝は、シャワーまたは流水装置７に向う方向に流れるチャネルを形成することになる。チャネルを通る途中で、冷却液は、入れられた閉断面を有する材料２の外側を通過し、これから熱を放散させる。
図２および図３は、どのようにして、ダイ工具が、入れられ且つ湾曲させられた閉断面を有する材料２と一緒に、シャワーまたは流水装置７の中を搬送されるかを示している。ダイ工具５が、シャワー装置７を通過し、閉断面を有する材料２が最終的に焼入れされるとき、工具半部は、分かれ、閉断面を有する材料を解放する。次いで、ダイ工具５は、次の加熱された閉断面を有する材料２の準備のために元の位置に戻ってもよい。
図４は、本発明の方法を実施するためのダイ工具５のもう一つの実施の形態を示している。この実施の形態では、ダイ工具は、特に、断面が非対称に形成された閉断面を有する材料２の湾曲および焼入れをできるように、したがって、いわゆる二重の湾曲した閉断面を有する材料を製造するように構成されている。この目的のために、突出している指状リブ１３の自由縁部分１５が、閉断面を有する材料の断面形状にほぼ対応する形状を有する凹部１６を備え、ダイ工具５に入れられた閉断面を有する材料２は、湾曲および焼入れの間に、有利な方法で、支持される。
上述し且つ図示された本発明の実施の形態は、より明確にするため、最も簡単な形態で記述されている。もちろん、本発明の範囲内で、上述した閉断面を有する材料より本質的により複雑な湾曲焼入閉断面を有する材料を形成するように、ダイ工具を構成することも可能である。したがって、例えば、入れられた閉断面を有する材料が図示のように水平面内で湾曲させられるだけでなく、水平面と直交する面内でも湾曲させられるような凹部１６を設けることも可能である。真っ直ぐな閉断面を有する材料から始めて、同じダイ工具を使用して、車体に組込まれた柱および屋根用の閉断面を有する材料のような、不規則に湾曲した閉断面を有する材料を達成することができる。
本発明の方法およびダイ工具は、湾曲形状で焼入れされる閉断面を有する材料を製造するために、湾曲および焼入れの両方を行う一つの共通の工具を使用することを可能にする。この方法では、工具コストが節約されることに加えて、加熱される閉断面を有する材料の加熱時間が減少し、したがって、酸化物生成の危険が減少する。さらに、同じ製造ラインで、かつ、製造順を変化させて、真っ直ぐな焼入れされる閉断面を有する材料と、閉じた湾曲形状で焼入れされる閉断面を有する材料との両方を製造することが可能である。
本発明は、上述し且つ図示したものに限定されるものではなく、請求の範囲で特定された発明思想の範囲内で、多くの異なった方法で、変更および変形が可能である。図面では、リブと凹部とが、等しい相対距離で配置されていないとしても、もちろん、これらの間隔を変化させることは可能である。さらに、冷却液チャネルを工具半部内に配置することにより、リブ間、即ち、凹部内にシャワー即ち流水ノズルを配置することが可能である。

Claims (9)

1. 閉断面を有する材料を湾曲させる相対移動可能な工具半部（９、９’）を備えたダイ工具を使用して、閉断面を有する材料から、湾曲し且つ焼入れされた閉断面を有する材料を製造する方法であって、焼入れ温度まで加熱された閉断面を有する材料（２）をダイ工具半部の間で押し、ダイ工具によって提供された形態に湾曲させ、その後、閉断面を有する材料を、冷却液を用いる流水またはシャワーによって冷却させる、閉断面を有する材料を製造する方法において、
   ダイ工具（５）の工具半部（９、９’）を使用するとき、互いに対向するこれらの表面に、対向し且つ交互に設けられ全体として円周状の形状を有するように形成された複数円周のリブ（１３）および溝（１４）が設けられ、ダイ工具（５）内に閉断面を有する材料（２）が入っており且つ湾曲させられた状態で、冷却液がダイ工具（５）に供給されること、そして、冷却液がダイ工具（５）を通して導かれ、これによって、中に閉断面を有する材料を入れている外側で、閉断面を有する材料（２）から熱を放散させ、
   閉断面を有する材料（２）が相対移動可能な工具半部（９、９’）に入った状態で、相対移動可能な工具半部（９、９’）は、冷却ステップに先立って製造通路（３）に沿って冷却装置（６）まで前方に向けて送られ、冷却ステップの後、冷却された閉断面を有する材料（２）は前方に向けて送られて冷却装置（６）から取り除かれることを特徴とする方法。
2. 請求の範囲第１項によって湾曲させられ且つ焼入れされた閉断面を有する材料を製造するためのダイ工具であって、いくつかの相対移動可能な工具半部（９、９’）を備え、これらの工具半部（９、９’）は、該工具半部（９、９’）を互いに向けて押して、ダイ工具（５）内に、そして、工具半部（９、９’）の間に配置された閉断面を有する材料（２）を湾曲させるように協働するダイ工具において、
   工具半部（９、９’）の各々は、その内側に、対向し且つ交互にリブ（１３）及び溝（１４）が配置され、各々の溝（１４）が２つのリブ（１３）の間に設けられるようになった全体として円周状の形状を有するように形成された複数のリブ（１３）と、冷却液をダイ工具を通して搬送するように前記内側に沿って延びる溝（１４）とを備え、閉断面を有する材料（２）を入れたダイ工具（５）の外側から熱を放散させることを特徴とするダイ工具。
3. 前記工具半部の対応する内側に設けられた前記溝（１４）の方向が、溝が冷却液の流れる方向と平行に延びるように選択されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のダイ工具。
4. 前記リブ（１３）が、閉断面を有する材料（２）に向けて薄く延びる形状を有していることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載のダイ工具。
5. 前記リブ（１４）が、自由縁部分（１５）に、前記ダイ工具（５）に入れられた閉断面を有する材料（２）の断面形状に対応する形態の凹部（１６）を備えていることを特徴とする請求の範囲第２項ないし第４項のいずれか１項に記載の閉断面を有する材料の湾曲および焼入れ用ダイ工具。
6. 閉断面を有する材料（２）が工具半部（９、９’）に入った状態で、工具半部（９、９’）は、冷却ステップの間前方に移動する請求項１に記載の方法。
7. 冷却装置（６）は、製造通路（３）の上方に位置決めされたシャワー装置（７）を含む請求項１に記載の方法。
8. 湾曲し且つ焼入れされた閉断面を有する材料（２）を製造する方法であって、
   閉断面を有する材料（２）を、閉断面を有する材料（２）が所望の湾曲形状に成型されるように相対移動可能な工具半部（９、９’）を備えたダイ工具内に位置決めし、各々の工具半部（９、９’）は、交互になったリブ（１３）および溝（１４）を備える互いに対向する表面を有し、
   閉断面を有する材料（２）を工具半部（９、９’）の間で押し、焼入れ温度まで加熱された所望の湾曲形状の湾曲した閉断面を有する材料（２）を形成し、
   閉断面を有する材料（２）が相対移動可能な工具半部（９、９’）に入った状態で、相対移動可能な工具半部（９、９’）を前方に向けて製造通路（３）に沿って冷却装置まで送り、
   冷却装置（６）で、湾曲した閉断面を有する材料（２）が未だダイ工具（５）内に入れられたままダイ工具（５）を通って導かれた冷却液により、湾曲した閉断面を有する材料（２）から熱を放散させ、
   冷却された湾曲した閉断面を有する材料（２）を前方に向けて送り、閉断面を有する材料（２）を冷却装置（６）から取り除く、ことを特徴とする方法。
9. 冷却装置は、製造通路（３）の上方に位置決めされたシャワー装置（７）を含む請求項８に記載の方法。

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