JP4825019B2 - Bending method of metal material, bending apparatus and bending equipment row, and bending product using them - Google Patents
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Description
本発明は、金属材の曲げ加工方法並びにその曲げ加工装置および曲げ加工設備列に関し、さらに詳しくは金属材の曲げ方向が2次元的に異なる連続曲げ(例えば、S字曲げ)の場合、また曲げ方向が3次元的に異なる連続曲げの場合であっても、効率的に曲げ加工することができる金属材の曲げ加工方法並びにその曲げ加工方法を適用できる加工装置および曲げ加工設備列、さらにそれらを用いた曲げ加工製品に関するものである。 The present invention relates to a bending method of a metal material, a bending apparatus thereof, and a bending equipment line, and more particularly, in the case of continuous bending (for example, S-shaped bending) in which the bending direction of the metal material is two-dimensionally different, and bending. Even in the case of continuous bending with three-dimensionally different directions, a bending method of a metal material that can be bent efficiently, a processing apparatus and a bending equipment row to which the bending method can be applied, and further, It relates to the bent product used.
近年、構造用金属材は、地球環境への配慮から軽量で高強度の材料が要請されるようになってきた。例えば、自動車業界において、車体に対する安全性の要求が高まり、自動車部品の軽量化および高強度化に対する要請がますます厳しくなっており、燃費向上や衝突安全性の向上といった観点から、自動車用部品の開発が進められている。 In recent years, light weight and high strength materials have been required for structural metal materials in consideration of the global environment. For example, in the automobile industry, the demand for safety of vehicle bodies has increased, and the demand for lighter weight and higher strength of automobile parts has become stricter. From the viewpoint of improving fuel efficiency and collision safety, Development is underway.
このような要請に対応するため、従来とは全く異なる強度レベルからなる高張力鋼板、例えば、引張強さが780MPa以上、さらに900MPa以上という高強度の素材が広く用いられるようになっている。 In order to meet such demands, high-strength steel sheets having a completely different strength level from the conventional ones, for example, high-strength materials having a tensile strength of 780 MPa or more and 900 MPa or more are widely used.
一方、これらの素材の高強度化とともに、従来の自動車用部品の構造を見直すことも行われる。これにともない、多様な自動車用部品に適用するために、多岐にわたる曲げ形状、例えば、曲げ方向が2次元的、さらに3次元的に異なる曲げ形状からなる金属材を精度よく加工する曲げ加工技術の開発が強く要請されている。 On the other hand, along with increasing the strength of these materials, the structure of conventional automotive parts is also reviewed. In connection with this, in order to apply to various automotive parts, a bending technology that accurately processes a wide variety of bending shapes, for example, metal materials having different bending shapes in two-dimensional and three-dimensional bending directions. Development is strongly requested.
従来から、このような曲げ加工技術の開発要請に対応するため、種々の加工技術が提案されている。例えば、特許文献1、2には金属管等を熱処理し乍ら曲げ加工する方法が提案されている。具体的には、金属管等の加工先端側を回転自在のアームにクランプし、加熱装置により加熱し乍ら、加熱部を適宜移動させることにより曲げ変形させ、その後に冷却する曲げ加工方法(特許文献1での提案方法)、さらに、前記加熱部にねじり力と曲げ力とを付与し、ねじり変形させながら曲げ変形させる加工方法(特許文献2での提案方法)である。
Conventionally, various processing techniques have been proposed in order to respond to such development requests for bending techniques. For example,
しかしながら、特許文献1、2で提案される曲げ加工方法は、いわゆる掴み曲げ加工に区分される加工方法であり、いずれも金属管等の加工先端部を回転自在のアームでクランプする必要があるため、加工される金属管等の送り速度を高速にすることができない。しかも、アームによるクランプを繰り返す毎にアームの戻りが必要になることから、送り速度が著しく変動するため、加熱や冷却速度の複雑な制御が必要となり所定の焼き入れ精度を確保することができない。
However, the bending methods proposed in
掴み曲げ加工では、上述した問題が発生することから、特許文献3では、押通し曲げ加工に基づく高周波加熱ベンダーであって、押し曲げローラを3次元方向へ移動自在に支持する高周波加熱ベンダーを提案している。特許文献3の高周波加熱ベンダーによれば、押し曲げローラを被曲げ加工物を跨いで反対方向の被曲げ加工物側面に移動させてその側面に当接させ曲げ加工するので、例えば、S字曲げのように、曲げ方向が二次元的に異なる連続曲げの場合であっても、被曲げ加工物を180度回転させる段取り作業を無くすることができる。 Since the above-mentioned problems occur in the grip bending process, Patent Document 3 proposes a high-frequency heating bender based on the push-through bending process, which supports the push-bending roller movably in a three-dimensional direction. is doing. According to the high-frequency heating bender of Patent Literature 3, the bending roller is moved to the side of the workpiece to be bent in the opposite direction across the workpiece to be bent and brought into contact with the side of the workpiece. Thus, even in the case of continuous bending in which the bending directions are two-dimensionally different, it is possible to eliminate the setup work of rotating the workpiece to be bent by 180 degrees.
しかしながら、特許文献3の高周波加熱ベンダーには、被曲げ加工物の両側面をクランプする手段がないため、高周波による加熱後の冷却による残留応力に起因して変形が発生し易いことから、所定の寸法精度を確保するのが難しく、加工速度が制約されるとともに、曲げ加工度を高めることが困難になる。 However, since the high-frequency heating bender in Patent Document 3 does not have means for clamping both side surfaces of the workpiece to be bent, deformation is likely to occur due to residual stress due to cooling after heating by high frequency. It is difficult to ensure dimensional accuracy, the processing speed is restricted, and it is difficult to increase the degree of bending.
さらに、特許文献4では、上述の掴み曲げ加工や高周波加熱ベンダーの押し曲げローラに替えて、固定ダイと、三次元方向に移動可能な可動ジャイロダイとを設けて、可動ジャイロダイによる金属部材の曲げ加工の曲率に応じた温度に金属部材を加熱する加熱手段を備えた押通し曲げ加工装置を提案している。
Further, in
特許文献4の曲げ加工装置では、固定ダイおよび可動ジャイロダイは加工される金属部材を回転可能に保持するものでないため、固定ダイおよび可動ジャイロダイのいずれであっても、その表面に焼付疵が発生し易い。また、特許文献4の曲げ加工装置は、固定ダイおよび可動ジャイロダイに冷却流体を供給して、両ダイの強度低下、熱膨張による加工精度の低下を回避しているが、曲げ加工された金属部材の焼入熱処理を意図するものではなく、焼入による高強度の金属部材を得ることができない。
In the bending apparatus of
前述の通り、自動車用部品の構造見直しにともない、多様な自動車用部品に適用するために多岐にわたる曲げ形状からなる金属材の加工技術が要求されるようになる。一方、金属材の軽量化も考慮すれば、引張強さ900MPa以上を選定するのが望ましく、さらに1300MPa級以上を選定するのがより望ましい。このような場合には、引張強さが500〜700MPa程度の金属素管を出発材料として曲げ加工を行った後、熱処理によって強度を上げ、高強度の金属材を得ている。 As described above, with the review of the structure of automobile parts, a metal material processing technique having various bending shapes is required to be applied to various automobile parts. On the other hand, considering the weight reduction of the metal material, it is desirable to select a tensile strength of 900 MPa or more, and it is more desirable to select a 1300 MPa class or more. In such a case, after bending is performed using a metal base tube having a tensile strength of about 500 to 700 MPa as a starting material, the strength is increased by heat treatment to obtain a high strength metal material.
ところが、特許文献1、2で提案される掴み曲げ加工では、金属素管の送り速度が著しく変動するため、冷却速度の複雑な制御が困難となり焼入精度を確保することができないことから、不均一な歪み発生を防止できなくなる。このため曲げ形状にばらつきが発生するとともに、高強度の金属材では残留応力にともなう遅れ破壊の問題も生じ、自動車用部品として不適となる。
However, in the gripping and bending process proposed in
さらに、特許文献4で提案する曲げ加工装置は、押通し曲げ加工に基づくものであるが、低強度の金属素管を出発材料として熱間加工を行った後、焼入によって強度を上げ、高強度の金属材を得ることを意図するものではない。また、金属部材の加熱にともなって可動ジャイロダイの表面に焼付疵が発生し易いことから、熱間曲げ加工装置として一層の改善が要求される。
Furthermore, the bending apparatus proposed in
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、金属材の曲げ加工に際して、自動車用部品の構造の多様化にともない、多岐にわたる曲げ形状が要求される場合であっても、さらに高強度の金属材の曲げ加工が必要な場合であっても、曲げ精度を確保することができるとともに、作業能率に優れた金属材の曲げ加工方法並びにそれを適用できる曲げ加工装置および曲げ加工設備列を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems. Even when a wide variety of bending shapes are required in connection with the diversification of the structure of automotive parts when bending a metal material, the present invention is further improved. Even when it is necessary to bend a strong metal material, it is possible to ensure the bending accuracy, and a metal material bending method with excellent work efficiency, and a bending apparatus and a bending equipment row to which the method can be applied. The purpose is to provide.
上記課題を解決するため、本発明の曲げ加工方法は、支持手段で保持された被加工材を上流側から逐次または連続的に押し出しながら、前記支持手段の下流側で曲げ加工を行う金属材の押通し曲げ加工方法において、前記支持手段の下流側に設けられた可動ローラダイスで前記金属材をクランプし、当該可動ローラダイスの位置または/および移動速度を制御しつつ、前記可動ローラダイスの入り側であり前記金属材の外周に配置した加熱手段および冷却手段を用いて、前記金属材を局部的に塑性変形が可能な温度域でかつ焼入が可能な温度域に加熱し、前記加熱部に曲げモーメントを付与した後、急冷することを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the bending method of the present invention is a method of bending a metal material that is bent downstream of the support means while sequentially or continuously extruding the workpiece held by the support means from the upstream side. In the push-through bending method, the metal material is clamped by a movable roller die provided on the downstream side of the supporting means, and the position or / and moving speed of the movable roller die is controlled while the movable roller die is inserted. The heating unit and the cooling unit disposed on the outer periphery of the metal material are heated to a temperature range in which the metal material can be locally plastically deformed and quenched, and the heating unit It is characterized in that it is cooled rapidly after a bending moment is applied to.
すなわち、金属材の押通し曲げ加工に際し、金属材の下流側をクランプして一定速度で移動させつつ熱処理を施すことから、所定の冷却速度を確保することが可能であり、曲げ加工された金属材は均一な冷却が行われることから、高強度であっても形状凍結性がよく均一な硬さの金属材を得ることができる。 That is, when the metal material is pushed through and bent, heat treatment is performed while clamping the downstream side of the metal material and moving it at a constant speed, so that a predetermined cooling rate can be secured, and the bent metal Since the material is uniformly cooled, it is possible to obtain a metal material having good shape freezing property and uniform hardness even if it has high strength.
例えば、具体的な構成としては、高周波加熱コイルにより被加工材である素管を逐次連続的にA3変態点以上で、かつ組織が粗粒化しない温度まで加熱をおこない、加熱された局部的な領域を可動ローラダイスを用いて塑性変形させ、その直後に水または油を主体とする冷却媒体またはその他の冷却液、または気体またはミストを素管の外面または内外面から吹き付けることにより、100℃/sec以上の冷却速度を確保する。 For example, as a specific configuration, the blank tube is a workpiece sequentially continuously A 3 transformation point or higher by the high-frequency heating coil, and subjected to heat to a temperature at which the tissue is not coarsened, locally, which is heated 100 ° C. by plastically deforming this area using a movable roller die and immediately after that, a water or oil-based cooling medium or other cooling liquid, or a gas or mist is blown from the outer surface or inner and outer surfaces of the base tube. Ensure a cooling rate of at least / sec.
また、曲げモーメントを付与する可動ローラダイスは、可動ローラ型式で金属材をクランプすることから、ダイス表面に発生する焼付疵を抑制することができるので、効率的な曲げ加工が可能になる。同様に、支持手段も金属材を回転可能に保持する方式であることから、焼付疵の発生を抑制することができる。さらに、可動ローラダイスはクランプした金属材の少なくとも一部を一定速度で移動させることができることから、該当箇所では均一な冷却が行われ形状凍結性がよく均一な硬さの金属材が得られる。 Moreover, since the movable roller die for imparting a bending moment clamps the metal material with the movable roller type, seizure flaws generated on the surface of the die can be suppressed, so that efficient bending can be performed. Similarly, since the support means is a system that holds the metal material in a rotatable manner, the occurrence of seizure flaws can be suppressed. Further, since the movable roller die can move at least a part of the clamped metal material at a constant speed, uniform cooling is performed at the corresponding portion, and a metal material with good shape freezing property and uniform hardness can be obtained .
本発明の請求項3記載の曲げ加工方法は、可動ローラダイスが上下方向へのシフト機構、左右方向へのシフト機構、上下方向に傾斜するチルト機構、および左右方向に傾斜するチルト機構のうち少なくとも1以上の機構を有している。これにより、金属材の曲げ形状が多岐にわたり、曲げ方向が二次元的に異なる連続曲げ(例えば、S字曲げ)の場合、さらに曲げ方向が三次元的に異なる連続曲げの場合であっても、効率的に曲げ加工することができる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a bending method in which at least a movable roller die is a vertical shift mechanism, a horizontal shift mechanism, a vertical tilt mechanism, and a horizontal tilt mechanism. It has one or more mechanisms. Thereby, when the bending shape of the metal material is diverse and the bending direction is two-dimensionally different continuous bending (for example, S-shaped bending), the bending direction is three-dimensionally different continuous bending, It can be bent efficiently.
さらに、本発明の請求項4記載の曲げ加工方法では、可動ローラダイスが前後方向への移動機構を有することができる。前後方向への移動機構を有することにより、金属材の曲げ半径が小さい場合であっても、最適なアーム長さLを確保することができるので、加工装置の大型化を回避でき、曲げ加工精度を確保することができる。
Furthermore, in the bending method according to
また、本発明の請求項5記載の曲げ加工方法では、加熱手段または/および冷却手段が上下方向へのシフト機構、左右方向へのシフト機構、上下方向に傾斜するチルト機構、および左右方向に傾斜するチルト機構のうち少なくとも1以上の機構を有することができる。上記可動ローラダイスと加熱手段および冷却手段との動作を同調させることが可能となり、これらの同調により、さらに精度良く均一な曲げ加工が可能になる。
Further, in the bending method according to
さらに、本発明の請求項6記載の曲げ加工方法では、加熱手段または/および冷却手段が前後方向への移動機構を有することができる。加熱手段等が移動機構を有することにより、可動ローラダイスとの同調性に加え、曲げ加工開始時の金属管先端の加熱が可能になるとともに、金属管の取り付け、取り外し時の作業性および操作性が改善されることになる。
Further, in the bending method according to
本発明の請求項7記載の曲げ加工方法では、さらに可動ローラダイスが周方向への回転機構を有することができる。金属材の曲げ方向が二次元的に異なる曲げ形状や曲げ方向が三次元的に異なる曲げ形状に加え、ねじり変形を付加することができる。 In the bending method according to the seventh aspect of the present invention, the movable roller die can further have a rotating mechanism in the circumferential direction. In addition to bending shapes in which the bending direction of the metal material is two-dimensionally different and bending shapes in which the bending direction is three-dimensionally different, torsional deformation can be added.
本発明の請求項8記載の曲げ加工方法では、金属材の上流側に設けられた押し出し装置が被加工材を把持して周方向へ回転する機構を有することができる。上記可動ローラダイスの回転機構を用いない場合であっても、金属材の曲げ方向が二次元的に異なる曲げ形状や曲げ方向が三次元的に異なる曲げ形状に加え、ねじり変形を付加することができる。 In the bending method according to the eighth aspect of the present invention, the extrusion device provided on the upstream side of the metal material may have a mechanism for gripping the workpiece and rotating in the circumferential direction. Even when the rotating mechanism of the movable roller die is not used, it is possible to add torsional deformation in addition to a bending shape in which the bending direction of the metal material is two-dimensionally different and a bending shape in which the bending direction is three-dimensionally different. it can.
本発明の請求項9記載の曲げ加工方法では、さらに支持手段が周方向への回転機構を有しており、押し出し送り装置の回転に同調して周方向に回転することができる。金属材のねじり変形に際して、可動ローラダイスの周方向には回転させず、支持手段を同調させつつ押し出し装置の回転機構による金属材の後端部をねじることにより、さらに精度のよいねじり変形を付加することができる。もちろん、可動ローラダイスを周方向に回転させながら、支持手段を同調させつつ押し出し装置の回転機構による金属材の後端部を相対的にねじることによっても、さらに精度のよいねじり変形を付加することができる。 In the bending method according to the ninth aspect of the present invention, the support means further includes a circumferential rotation mechanism, and can rotate in the circumferential direction in synchronism with the rotation of the extrusion feeding device. When twisting deformation of metal material, twisting the rear end of the metal material by the rotation mechanism of the extrusion device while synchronizing the support means without rotating in the circumferential direction of the movable roller die, adds more accurate torsion deformation can do. Of course, it is possible to add more accurate torsional deformation by rotating the movable roller die in the circumferential direction and relatively twisting the rear end portion of the metal material by the rotation mechanism of the extrusion device while synchronizing the support means. Can do.
本発明の請求項10記載の曲げ加工方法では、さらに可動ローラダイスのロールが駆動回転機構を有しており、前記押し出し送り装置の送り量に応じて駆動モータなどによって当該ローラに駆動回転を与えることができる。すなわち、可動ローラダイスが駆動回転機構を具備しない場合には、当該ローラの回転は摩擦抵抗によってのみ駆動され、曲げ加工部分には圧縮応力が作用し、曲げ内周側で増肉が大きくなったり、座屈が発生する場合がある。特に、被加工材が薄肉材であると、これらに起因して曲げ加工が困難になったり、加工精度が悪化するおそれがある。 In the bending method according to the tenth aspect of the present invention, the roll of the movable roller die further has a drive rotation mechanism, and the drive rotation is given to the roller by a drive motor or the like according to the feed amount of the extrusion feed device. be able to. That is, when the movable roller die does not have a drive rotation mechanism, the rotation of the roller is driven only by the frictional resistance, the compressive stress acts on the bent portion, and the thickening increases on the inner side of the bend. , Buckling may occur. In particular, if the workpiece is a thin-walled material, bending may be difficult due to these, and the processing accuracy may be deteriorated.
これに対し、可動ローラダイスに駆動回転機構を具備させることにより、曲げ加工部分に作用する圧縮応力を緩和するとともに、押し出し送り装置の送り量に応じて、これと同調するように可動ローラダイスのロール回転速度を制御すれば、曲げ加工部分に引張応力を付加することも可能となり、曲げ加工の可能範囲が広がり、製品の加工精度も向上することになる。 In contrast, by providing the movable roller die with a drive rotation mechanism, the compressive stress acting on the bent portion is alleviated, and the movable roller die is synchronized with the feeding amount of the extrusion feeding device in accordance with the feed amount. If the roll rotation speed is controlled, it is possible to apply a tensile stress to the bent portion, thereby expanding the possible bending range and improving the processing accuracy of the product.
本発明の請求項11記載の曲げ加工方法では、可動ローラダイスを2ロール、3ロール、または4ロールで構成することができ、さらに請求項11記載の曲げ加工方法では、曲げ加工を行う金属材を各種の断面形状からなる閉断面材、開断面材、異型断面材、または棒材にすることもできる。可動ローラダイスのロール型式は、被加工材となる金属材の断面形状に対応して設計することができる。 In the bending method according to the eleventh aspect of the present invention, the movable roller die can be constituted by two rolls, three rolls, or four rolls, and in the bending method according to the eleventh aspect, the metal material to be bent is used. Can be formed into a closed cross-section material, an open cross-section material, an irregular cross-section material, or a bar material having various cross-sectional shapes. The roll type of the movable roller die can be designed corresponding to the cross-sectional shape of the metal material to be processed.
本発明の請求項13記載の曲げ加工方法では、加熱手段の上流側に少なくとも1つ以上の予熱手段を備え、予熱手段において金属材の二段加熱、または偏加熱を行うことができる。予熱手段を複数段加熱として用いる場合には、金属材の加熱負荷を分散することができ、曲げ加工能率の向上を図ることが可能になる。 In the bending method according to the thirteenth aspect of the present invention, at least one or more preheating means is provided on the upstream side of the heating means, and the preheating means can perform two-stage heating or partial heating of the metal material. When the preheating means is used as multi-stage heating, the heating load of the metal material can be dispersed and the bending efficiency can be improved.
一方、予熱手段を金属材の偏加熱として用いる場合には、可動ローラダイスによる金属材の曲げ方向に基づいて、例えば、金属材の加熱部における曲げ内面側の温度が曲げ外面側の温度よりも低くなるように制御する。このように金属材の加熱部を構成することにより、曲げの内面側に発生するシワと曲げの外面側に発生する割れを防止できる。 On the other hand, when the preheating means is used for uneven heating of the metal material, for example, the temperature on the bent inner surface side in the heating portion of the metal material is higher than the temperature on the bent outer surface side based on the bending direction of the metal material by the movable roller die. Control to lower. By configuring the heating part of the metal material in this way, it is possible to prevent wrinkles generated on the inner surface side of the bending and cracks generated on the outer surface side of the bending.
本発明の請求項14記載の曲げ加工方法では、冷却手段として金属材の内面にマンドレルを装入し、金属材の外周に配置した冷却手段とともに、またはマンドレル単独で冷却媒体を供給することができる。特に、厚肉材の冷却速度を確保するのに有効である。 In the bending method according to the fourteenth aspect of the present invention, a mandrel can be inserted into the inner surface of the metal material as the cooling means, and the cooling medium can be supplied together with the cooling means arranged on the outer periphery of the metal material or by the mandrel alone. . In particular, it is effective for ensuring the cooling rate of the thick material.
本発明の請求項15記載の曲げ加工方法では、冷却手段から供給される冷却媒体を水を主成分とし防錆剤を含有させることができる。冷却装置から供給される冷却水によって摺動部が濡れると、冷却水に防錆剤が含有されない場合には錆が発生し、機械保護の観点から不具合が生じることから、冷却水に防錆剤を含有させるのが機械保護の面で有効である。 In the bending method according to the fifteenth aspect of the present invention, the cooling medium supplied from the cooling means can contain water as a main component and a rust inhibitor. If the sliding part gets wet by the cooling water supplied from the cooling device, rusting occurs when the cooling water does not contain a rust inhibitor, which causes problems from the viewpoint of machine protection. It is effective in terms of machine protection to contain.
さらに、冷却手段から供給される冷却媒体を水を主成分として焼入れ剤を含有させることができる。例えば、有機高分子剤を混入したものが焼入れ剤として知られている。焼入れ剤を所定の濃度混入することによって、冷却速度を調整し安定した焼入れ性能を確保することができる。 Furthermore, the cooling medium supplied from the cooling means can contain a quenching agent mainly containing water. For example, a mixture containing an organic polymer agent is known as a quenching agent. By mixing the quenching agent at a predetermined concentration, the cooling rate can be adjusted to ensure stable quenching performance.
本発明の請求項16記載の曲げ加工方法では、可動ローラダイスへ潤滑剤または/および冷却流体を供給することができる。可動ローラダイスへ潤滑剤を供給する場合には、金属材の加熱部に発生するスケールを可動ローラダイスが巻き込んだ場合でも、潤滑作用により、表面焼付の発生を低減することができる。 In the bending method according to the sixteenth aspect of the present invention, a lubricant or / and a cooling fluid can be supplied to the movable roller die. When the lubricant is supplied to the movable roller die, the occurrence of surface seizure can be reduced by the lubricating action even if the movable roller die entrains the scale generated in the heating portion of the metal material.
また、可動ローラダイスへ冷却流体を供給する場合には、可動ローラダイスが冷却流体により冷却されることから、可動ローラダイスの強度低下、可動ローラダイスの熱膨張による加工精度の低下、さらに可動ローラダイス表面の焼付発生を防止できる。 In addition, when supplying the cooling fluid to the movable roller die, the movable roller die is cooled by the cooling fluid, so that the strength of the movable roller die is reduced, the processing accuracy is lowered due to the thermal expansion of the movable roller die, and the movable roller The seizure of the die surface can be prevented.
さらに、本発明の請求項16記載の曲げ加工方法では、少なくとも1つ以上の軸廻りに回動可能な関節を有する関節型ロボットを設け、可動ローラダイス、並びに加熱手段または/および冷却手段におけるシフト機構、チルト機構および移動機構のうち少なくとも1つ以上の動作を前記関節型ロボットで行うことができる。
Furthermore, in the bending method according to the sixteenth aspect of the present invention, an articulated robot having a joint rotatable around at least one axis is provided, and the movable roller die and the shift in the heating means and / or the cooling means are provided. At least one of the mechanism, the tilt mechanism, and the moving mechanism can be performed by the joint robot.
関節型ロボットを用いることにより、金属管の曲げ加工に際し、可動ローラダイス、加熱手段および冷却手段が必要とする、マニピュレータが行う上下方向または左右方向へのシフト動作、上下方向または左右方向に傾斜するチルト動作、または前後方向への移動動作を、制御信号に基づく一連の動作とすることが可能になり、曲げ加工の効率化とともに加工装置の小型化を図ることができる。 By using an articulated robot, the manipulator performs the up / down or left / right shift operation required by the movable roller die, heating means, and cooling means, and tilts in the up / down direction / left / right direction when bending the metal tube. The tilting operation or the moving operation in the front-rear direction can be made a series of operations based on the control signal, so that the bending apparatus can be made more efficient and the processing apparatus can be downsized.
上述した金属材の押通し曲げ加工方法を適用するため、本発明の曲げ加工装置では、被加工材を回転可能に保持する支持手段と、前記被加工材を上流側から逐次または連続的に送り移動させる押し出し装置とを備え、前記押し出し装置による前記被加工材の送り移動に合わせ、前記支持手段の下流側で曲げ加工を行う金属材の押通し曲げ加工装置において、前記支持手段の下流側に設けられて前記金属材をクランプし、当該クランプ位置または/およびその移動速度を制御する可動ローラダイスと、前記可動ローラダイスの入り側であり前記金属材の外周に配置されて前記金属材を局部的に塑性変形が可能な温度域でかつ焼入が可能な温度域に加熱する加熱手段と、前記可動ローラダイスの入り側であり前記金属材の外周に配置されて加熱部に曲げモーメントが付与された前記金属材を急冷する冷却手段とを備えることを特徴としている。 In order to apply the above-described metal material push-through bending method, in the bending apparatus of the present invention, a support means for rotatably holding the work material, and the work material is fed sequentially or continuously from the upstream side. A metal material push-bending device that performs bending on the downstream side of the support means in accordance with the feed movement of the workpiece by the extrusion device, and on the downstream side of the support means. A movable roller die provided to clamp the metal material and control the clamping position or / and its moving speed; and is disposed on the outer periphery of the metal material at the entrance side of the movable roller die to localize the metal material A heating means for heating to a temperature range where plastic deformation can be performed and a temperature range where quenching can be performed, and a heating portion disposed on the outer periphery of the metal material on the movable roller die entrance side. And a cooling means for rapidly cooling the metal material to which a bending moment is applied.
さらに、本発明の曲げ加工設備列では、被加工材として供給される丸管から曲げ加工製品を効率的、かつ安価に製造するために、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電縫鋼管製造ラインの出側に、本発明で規定する金属材の曲げ加工装置を連続して配置したことを特徴としている。 Furthermore, in the bending equipment line of the present invention, in order to produce a bent product efficiently and inexpensively from a round tube supplied as a workpiece, an uncoiler that continuously feeds the strip steel plate, and the fed strip shape Forming means for forming a steel plate into a pipe with a predetermined cross-sectional shape, welding means for welding both side edges of the abutted strip-like steel sheets to form a continuous pipe, weld bead cutting and post annealing and sizing as necessary The metal material bending apparatus defined in the present invention is continuously arranged on the exit side of the ERW steel pipe production line including post-processing means.
また、本発明の曲げ加工設備列では、被加工材として供給される開断面材から曲げ加工製品を効率的、かつ安価に製造するために、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ロールフォーミングラインの出側に、本発明で規定する金属材の曲げ加工装置を連続して配置したことを特徴としている。 Moreover, in the bending equipment line of the present invention, in order to produce a bent product efficiently and inexpensively from an open cross-section material supplied as a work material, an uncoiler that continuously feeds the strip steel sheet was fed out. A metal material bending apparatus defined in the present invention is continuously arranged on the exit side of a roll forming line provided with forming means for forming a strip steel plate into a predetermined cross-sectional shape.
さらに、本発明の曲げ加工製品は、上記金属材の曲げ加工方法によって、または上記金属材の曲げ加工装置を用いて加工熱処理されることにより、引張強さが900Mpa以上であることを特徴としている。 Further, the bent product of the present invention is characterized in that the tensile strength is 900 Mpa or more by the heat treatment using the metal material bending method or the metal material bending device. .
本発明の金属材の曲げ加工方法並びに曲げ加工装置および曲げ加工設備列によれば、多岐にわたる曲げ形状が要求され、金属材の曲げ方向が2次元的に異なる連続曲げ(例えば、S字曲げ)や曲げ方向が3次元的に異なる連続曲げを加工する場合であっても、さらに高強度の金属材の曲げ加工が必要な場合であっても、金属材は均一な冷却が行われることから、高強度であっても形状凍結性がよく所定の硬度分布を有する金属材を効率的、かつ安価に得ることができる。 According to the bending method, bending apparatus, and bending equipment line of the metal material of the present invention, various bending shapes are required, and the bending direction of the metal material is two-dimensionally different (for example, S-shaped bending). Even when processing a continuous bend in which the bending direction is three-dimensionally different, even when a bending process of a higher-strength metal material is necessary, the metal material is uniformly cooled, Even with high strength, a metal material having good shape freezing property and having a predetermined hardness distribution can be obtained efficiently and inexpensively.
しかも、可動ローラダイスは回転可能に金属材をクランプすることから、ダイス表面に発生する焼付疵を抑制することができ、また曲げ加工精度を確保することができるとともに、作業能率に優れた押通し曲げ加工が可能になる。これにより、一層、高度化する自動車部品の曲げ加工技術として、広く適用することができる。 Moreover, since the movable roller die clamps the metal material in a rotatable manner, seizure flaws generated on the surface of the die can be suppressed, bending accuracy can be ensured, and excellent work efficiency can be achieved. Bending can be performed. As a result, the present invention can be widely applied as a bending technology for automobile parts that is further advanced.
本発明の実施の形態を、全体構成および支持手段の構成例、加工部の構成および加熱、冷却装置の構成例、可動ローラダイスの構成、予熱手段とその作用、関節型ロボットの構成配置、並びに曲げ加工設備列の特徴に区分し、図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention include an overall configuration and a configuration example of a support unit, a configuration and heating of a processing unit, a configuration example of a cooling device, a configuration of a movable roller die, a preheating unit and its operation, a configuration and arrangement of an articulated robot, and It will be divided into the characteristics of the bending equipment line and will be explained based on the drawings.
1.全体構成および支持手段の構成例
図1は、本発明の押通し曲げ加工を実施するための曲げ加工装置の全体構成を示す図である。本発明の曲げ加工は、支持手段2で回転可能に保持された被加工材である金属材1を上流側から逐次または連続的に押し出しながら、支持手段2の下流側で曲げ加工を行う押通し曲げ加工方法である。
1. Overall Configuration and Configuration Example of Support Means FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a bending apparatus for carrying out the push-through bending process of the present invention. In the bending process of the present invention, the
図1に示す金属材1の断面形状は丸形(丸管)であるが、これに限定されず、各種の断面形状からなる被加工材を適用することができる。例えば、図1に示す丸形(丸管)の他、矩形、台形または複雑な形状を有する閉断面材、ロールフォーミングなどで製造された開断面材(チャンネル)、押し出し加工で製造された異型断面材(チャンネル)、または各種の断面形状からなる棒材(丸棒、角棒、異型棒)などを適用することができる。
Although the cross-sectional shape of the
図2は、本発明の金属材として適用できる被加工材の断面形状を示す図であり、(a)はロールフォーミングなどで製造された開断面材のチャンネルを示し、(b)は押し出し加工で製造された異型断面材のチャンネルを示している。本発明の曲げ加工装置では、適用される金属材の断面形状に応じて、可動ローラダイスや支持手段の形状を設計する必要がある。 FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional shape of a workpiece that can be applied as a metal material of the present invention. (A) shows a channel of an open-section material manufactured by roll forming or the like, and (b) shows an extrusion process. Fig. 6 shows a channel of a manufactured irregular cross-section material. In the bending apparatus of the present invention, it is necessary to design the shape of the movable roller die and the support means according to the cross-sectional shape of the metal material to be applied.
図1に示す装置構成は、金属材1を回転可能に保持するための2対の支持手段2と、その上流側には金属材1を逐次または連続的に送り移動させる押し出し装置3が配置され、一方、2対の支持手段2の下流側には金属材1をクランプし、当該クランプ位置または/および移動速度を制御させるための可動ローラダイス4が配置される。そして、可動ローラダイス4の入り側には、金属材1の外周に配置されて局部的に加熱する高周波加熱コイル5と、加熱部に曲げモーメントが付与された金属材1を急冷する冷却装置6が配置されている。
In the apparatus configuration shown in FIG. 1, two pairs of support means 2 for holding the
図1に示す装置では断面形状は丸形(丸管)の金属材を適用していることから、支持手段2として支持ロールを採用しているが、これに限定されるものではなく、適用される金属材の断面形状に応じて支持ガイドを採用することができる。また、支持ロールを採用する場合であっても、図1に示すように、2対の支持ロールで構成するのに限定されず、1対または2対を超える複数対で構成することができる。 In the apparatus shown in FIG. 1, since a metal material having a round shape (round tube) is applied, a support roll is adopted as the support means 2, but the present invention is not limited to this and is applied. A support guide can be employed according to the cross-sectional shape of the metal material. Moreover, even if it is a case where a support roll is employ | adopted, as shown in FIG. 1, it is not limited to comprising with two pairs of support rolls, but it can comprise with one pair or multiple pairs exceeding two pairs.
図3は、本発明の支持手段として採用できる支持ガイドの構成例を示す図であり、(a)は支持ガイドとそれが具備する回転機構の断面構成を示し、(b)は支持ガイドの外観構成を斜視図で示している。図3に示す支持ガイド2は、被加工材として四角管1を適用し、それを回転可能に保持する構成であるが、加熱手段(前記図1に示す高周波加熱コイル5)に近接して設置されるため、加熱防止の手段を施している。加熱防止の手段として、非磁性材で製造するのがよく、図3(b)に示すように、二分割またはそれ以上に分割し、分割された箇所には、テフロン(登録商標)などの絶縁物を装着するのが加熱防止に有効である。
支持ガイド2に直結して、駆動用モータ10および回転ギア10aとから構成される回転機構が設けられ、後述するように、支持ガイド2が押し出し装置の回転に同調して周方向に回転可能なことにより、金属材1をねじり変形する場合に、精度のよい変形を付加することができる。
3A and 3B are diagrams showing a configuration example of a support guide that can be used as the support means of the present invention. FIG. 3A shows a cross-sectional configuration of the support guide and the rotation mechanism provided in the support guide, and FIG. The configuration is shown in a perspective view. The
A rotation mechanism comprising a
本発明の曲げ加工装置では、金属材1の支持手段として図1に示す支持ロール、および図3に示す支持ガイドのいずれも採用することができるが、以下では説明の整合を図るため、金属材として丸管を用い、支持ロールを採用した場合の実施形態とその作用を示す。しかし、本発明において、金属材が丸管に替えてその他の閉断面材、開断面材、異型断面材、または棒材を用いる場合、または支持ロールに替えて支持ガイドを採用する場合にも同様の作用が得られることは言うまでもない。
In the bending apparatus of the present invention, both the support roll shown in FIG. 1 and the support guide shown in FIG. 3 can be adopted as the support means for the
2.加工部の構成および加熱、冷却装置の構成例
図4は、本発明の曲げ加工装置の加工要部の装置構成を説明する図である。金属材1を保持する2対の支持ロール2と、その下流側には可動ローラダイス4とが配置され、可動ローラダイス4の入り側には高周波加熱コイル5および冷却装置6が配置される。さらに、2対の支持ロール2間には予熱装置5aが設けられ、可動ローラダイスの入り側直近部には潤滑剤の供給装置8が配置されている。
2. Configuration of Processing Unit and Configuration Example of Heating and Cooling Device FIG. 4 is a diagram for explaining the device configuration of the main processing section of the bending apparatus of the present invention. Two pairs of support rolls 2 that hold the
図4に示す装置構成で、2対の支持ロール2を通過した金属材1を可動ローラダイス4でクランプし、当該クランプ位置または/および移動速度を制御しつつ、金属材1の外周に配置した高周波加熱コイル5および冷却装置6を用いて、金属材1を局部的に加熱し曲げ加工した後急冷する。この曲げ加工の際には、支持ロール2を通過した金属材1が高周波加熱コイル5にて加熱されることにより、可動ローラダイス4による金属材1の曲げ加工部の降伏点が低下し、変形抵抗が低下するので、金属材1の曲げ加工が容易となる。
In the apparatus configuration shown in FIG. 4, the
さらに、可動ローラダイス4は可動ローラ型式で金属材1をクランプすることから、加熱後の金属部材1であってもダイス表面に発生する焼付疵を抑制することができる。しかも、可動ローラダイスへ潤滑剤を供給することにしているので、金属材1の加熱部に発生するスケールを巻き込んだ場合でも、ダイス表面への潤滑作用により焼付疵の発生を低減することができる。
Furthermore, since the movable roller die 4 clamps the
また、本発明の曲げ加工装置では、可動ローラダイス4へ冷却流体を供給するようにできるので、可動ローラダイス4が冷却流体により冷却されることから、可動ローラダイスの強度低下、可動ローラダイスの熱膨張による加工精度の低下、さらに可動ローラダイス表面の焼付疵の発生を防止できる。 In the bending apparatus of the present invention, since the cooling fluid can be supplied to the movable roller die 4, the movable roller die 4 is cooled by the cooling fluid. Reduction in processing accuracy due to thermal expansion and generation of seizure flaws on the surface of the movable roller die can be prevented.
図5は、本発明の曲げ加工装置が採用する加熱装置および冷却装置の概略構成例を示す図である。加熱部を形成すべき金属材の外周に、環状の高周波加熱コイル5を配置して、金属材を局部的に塑性変形が可能となる温度に加熱する。次いで、可動ローラダイスの作用により加熱部に曲げモーメントを付与した後、冷却装置6から冷却媒体を噴射して焼入を行う。高周波加熱前の金属材は2対の支持ロールによって保持される。本例では、加熱装置と冷却装置を一体化した例を示したが、もちろん加熱コイルと冷却装置を別々に装備してもよい。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration example of a heating device and a cooling device employed by the bending apparatus of the present invention. An annular high
このような方法によって、金属材を逐次連続的にA3変態点以上で、かつ組織が粗粒化しない温度まで加熱を行うことができ、さらに局部的な加熱部に可動ローラダイスを用いて塑性変形させ、その直後に冷却媒体を噴射することにより、100℃/sec以上の冷却速度を確保することができる。 Such method, a metal material successively with continuous A 3 transformation point or higher, and tissue can be heated to a temperature which is not coarsened and further using a movable roller die in localized heating portion plastically A cooling rate of 100 ° C./sec or more can be secured by deforming and injecting a cooling medium immediately after that.
したがって、曲げ加工が施された金属材は、優れた形状凍結性および安定した品質を確保できる。例えば、低強度の金属素材を出発材料として曲げ加工を行った場合でも、均一焼入によって強度を上げ、引張強さ900MPa以上の金属材、さらに1300MPa級以上に相当する金属材を得ることができる。 Therefore, the bent metal material can ensure excellent shape freezing property and stable quality. For example, even when bending is performed using a low-strength metal material as a starting material, the strength can be increased by uniform quenching to obtain a metal material having a tensile strength of 900 MPa or more, and further a metal material corresponding to a 1300 MPa class or more. .
金属材が厚肉になると、100℃/sec以上の冷却速度を確保することが困難になる場合があるが、金属材が丸管、矩形管または台形管などの閉断面材(金属管材)であると、冷却手段として閉断面材の内面にマンドレルを装入することができる。 When the metal material is thick, it may be difficult to ensure a cooling rate of 100 ° C./sec or more, but the metal material is a closed cross-section material (metal tube material) such as a round tube, a rectangular tube or a trapezoidal tube. If it exists, a mandrel can be inserted into the inner surface of a closed cross-section material as a cooling means.
図6は、厚肉材の冷却速度を確保するために閉断面材(金属管材)の内面に装入されるマンドレルの構成を示す図である。閉断面材が厚肉になると、冷却手段としてその内面にマンドレル6aを装入し、金属材1の外周に配置した冷却手段6と同調して、冷却媒体を供給し冷却速度を確保することができる。この場合に、金属材1の内面には流体またはミストで冷却すればよく、マンドレル6aは非磁性体または耐火物で作製するのが望ましい。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a mandrel inserted into the inner surface of a closed cross-section material (metal tube material) in order to ensure a cooling rate of the thick material. When the closed cross-section material becomes thick, a
本発明の曲げ加工装置では、冷却手段6から供給される冷却媒体を水を主成分として防錆剤を含有させるのが望ましい。供給される冷却水によって加工装置の摺動部が濡れると、冷却水に防錆剤が含有されない場合には錆が発生し、致命的な装置欠陥となり得ることから、冷却水に防錆剤を含有させるのが機械保護の観点から有効である。 In the bending apparatus of the present invention, it is desirable that the cooling medium supplied from the cooling means 6 contains water as a main component and a rust inhibitor. When the sliding part of the processing equipment gets wet by the supplied cooling water, rusting occurs if the cooling water does not contain a rust inhibitor, which can be a fatal device defect. It is effective from the viewpoint of machine protection.
さらに、冷却手段から供給される冷却媒体を水を主成分として焼入れ剤を含有させることがのぞましい。例えば、有機高分子剤を混入したものが焼入れ剤として知られている。焼入れ剤を所定の濃度混入することによって、冷却速度を調整し安定した焼入れ性能を確保することができる。 Furthermore, it is preferable that the cooling medium supplied from the cooling means contains water as a main component and a quenching agent. For example, a mixture containing an organic polymer agent is known as a quenching agent. By mixing the quenching agent at a predetermined concentration, the cooling rate can be adjusted to ensure stable quenching performance.
3.可動ローラダイスの構成
図7は、本発明の曲げ加工装置が採用する可動ローラダイスの上下方向および左右方向へのシフト機構、並びに周方向への回転機構の構成例を説明する図である。被加工材である金属材(丸管)1は、4ロールで構成される可動ローラダイス4によりクランプされる。上下方向へのシフト機構は駆動モータ8の作動により構成され、左右方向へのシフト機構は駆動モータ9の作動により構成される。また、周方向への回転機構は、駆動モータ10の作動により構成される。
3. Configuration of Movable Roller Die FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration example of the vertical and horizontal shift mechanisms and the circumferential rotation mechanism of the movable roller die adopted by the bending apparatus of the present invention. A metal material (round tube) 1 that is a workpiece is clamped by a movable roller die 4 composed of four rolls. The shift mechanism in the vertical direction is configured by the operation of the
図7では、可動ローラダイス4を上下方向および左右方向に傾斜させるチルト機構の構成を示していないが、本発明で採用するチルト機構は特に限定する構成を必要とするものではなく、慣用される構成であればよい。 Although FIG. 7 does not show the configuration of the tilt mechanism that tilts the movable roller die 4 in the vertical direction and the horizontal direction, the tilt mechanism employed in the present invention does not require a particularly limited configuration and is commonly used. Any configuration may be used.
図8は、本発明の曲げ加工装置が採用する可動ローラダイスの前後方向への移動機構の作用について説明する図である。図8に示すように、曲げ加工に必要な曲げモーメントMは、アーム長さ(金属材の加工長さ)Lとすると、下記(A)式により定まる。 FIG. 8 is a diagram for explaining the action of the moving mechanism in the front-rear direction of the movable roller die adopted by the bending apparatus of the present invention. As shown in FIG. 8, the bending moment M necessary for the bending process is determined by the following equation (A), assuming that the arm length (the processing length of the metal material) L.
M=P×L=P×Rsinθ ・・・ (A)
したがって、アーム長さLが大きくなるほど、ピンチロール(可動ロールダイス)4に作用する力Pは小さくなる。すなわち、曲げ半径が小径から大径までの加工範囲を対象にすると、可動ローラダイス4を前後方向への移動させない場合には、曲げ半径が小径の金属材1の加工における加工カPが設備制約となる。このため、曲げ半径が小径の金属材1の加工に合わせてアーム長さLを大きく取ると、曲げ半径が大径の金属材の加工に際し、可動ローラダイスのシフト機構およびチルト機構に大きなストロークが必要となり加工装置が大型化する。
M = P × L = P × R sin θ (A)
Therefore, as the arm length L increases, the force P acting on the pinch roll (movable roll die) 4 decreases. In other words, if the bending radius is a machining range from a small diameter to a large diameter, if the movable roller die 4 is not moved in the front-rear direction, the machining force P in the machining of the
一方、加工装置の停止精度や許容誤差(作動ガタ)を考慮した場合、アーム長さLを少なくした場合には、加工精度が悪化することになる。このため、金属材1の曲げ半径に応じて、可動ロールダイス4を前後方向への移動させるようにすれば、最適なアーム長さLを選択することが可能になり、加工範囲を広げることができる。しかも、この場合に加工装置を大型化させることなく、充分に加工精度を確保することができる。
On the other hand, when the stopping accuracy of the processing apparatus and the allowable error (operation play) are taken into account, the processing accuracy deteriorates when the arm length L is reduced. For this reason, if the movable roll die 4 is moved in the front-rear direction according to the bending radius of the
同様に、本発明の曲げ加工装置では、高周波加熱装置および冷却装置についてもそれぞれ単独または共通して前後方向への移動機構を有することができる。これにより、可動ローラダイスとの同調性を確保できるのに加え、曲げ加工開始時の金属管先端の加熱が可能になるとともに、金属管の取り付け、取り外し時の作業性および操作性を改善することができる。 Similarly, in the bending apparatus of the present invention, the high-frequency heating device and the cooling device can have a moving mechanism in the front-rear direction, either individually or in common. As a result, in addition to ensuring synchrony with the movable roller die, it is possible to heat the tip of the metal tube at the start of bending, and to improve workability and operability when attaching and removing the metal tube. Can do.
図9は、本発明の曲げ加工装置が採用する可動ローラダイスの形状例を示す図であり、(a)は金属材が丸管などの閉断面材である場合に2ロールで構成した形状を示し、(b)は金属材が矩形管などの閉断面材、またはチャンネルなどの開断面材である場合に2ロールで構成した形状を示し、(c)は金属材が矩形管などの閉断面材、またはチャンネルなどの異型断面材である場合に4ロールで構成した形状を示している。 FIG. 9 is a view showing an example of the shape of the movable roller die adopted by the bending apparatus of the present invention. FIG. 9A shows a shape constituted by two rolls when the metal material is a closed section material such as a round tube. (B) shows a shape composed of two rolls when the metal material is a closed cross-section material such as a rectangular tube or an open cross-section material such as a channel, and (c) shows a closed cross-section such as a rectangular tube. In the case of an irregular cross-section material such as a material or a channel, a shape constituted by four rolls is shown.
可動ローラダイス4のロール型式は、金属材1の断面形状に応じて設計することができ、図9に示すように、2ロールまたは4ロールで構成する他に、可動ローラダイスを3ロールで構成することができる。通常、曲げ加工を行う金属材の断面形状を丸形、矩形、台形または複雑な形状を有する閉断面形状、ロールフォーミングなどによる開断面形状、または押し出し加工による異型断面形状にすることができるが、金属材1の断面形状が実質的に矩形である場合には、図9(c)に示すように、可動ローラダイスを4ロールで構成するのが望ましい。
The roll type of the movable roller die 4 can be designed according to the cross-sectional shape of the
本発明の加工装置では、金属材にねじり変形を付加するために、前記図7に示すように、可動ローラダイス4に周方向への回転機構を設けることができる。同時に、前記図1では図示しないが、押し出し装置3は金属材1を把持して周方向への回転させることができるチャック機構7を設け、回転機構を有することができる。
In the processing apparatus of the present invention, in order to add torsional deformation to the metal material, the movable roller die 4 can be provided with a rotating mechanism in the circumferential direction as shown in FIG. At the same time, although not shown in FIG. 1, the extrusion device 3 can be provided with a chuck mechanism 7 that can grip the
したがって、本発明の加工装置で金属材にねじり変形を付加する場合に、可動ローラダイスの回転機構を用いて金属材の先端部をねじり変形する方式と、押し出し装置の回転機構を用いて金属材の後端部をねじり変形する方式とを採用することができる。通常、押し出し装置の回転機構を用いる方式を採用すると、コンパクトな装置構造になるのに対し、可動ローラダイスの回転機構を用いる方式では、前記図7に示すように、装置構成が大規模になるおそれがあるが、いずれの方式であっても金属材にねじり変形を与えることができる。 Accordingly, when torsional deformation is added to the metal material by the processing apparatus of the present invention, the metal material is to be torsionally deformed by using the rotation mechanism of the movable roller die and the rotation mechanism of the extrusion device. And a method of twisting and deforming the rear end portion. Normally, when a method using a rotation mechanism of an extrusion device is adopted, a compact device structure is obtained, whereas in a method using a rotation mechanism of a movable roller die, the device configuration becomes large as shown in FIG. Although there is a possibility, any of the methods can impart torsional deformation to the metal material.
本発明の曲げ加工装置では、さらに支持手段(支持ローラ、または支持ガイド)に周方向への回転機構を設けることにより、押し出し送り装置の回転に同調して金属材を周方向に回転させることができる。金属材のねじり変形に際して、可動ローラダイスの回転機構を用いて金属材の先端部をねじり変形する方式、または押し出し装置の回転機構を用いて金属材の後端部をねじり変形する方式のいずれを採用しても、支持手段の同調により精度のよいねじり変形を金属材に付加することができる。 In the bending apparatus of the present invention, the support means (support roller or support guide) is further provided with a rotation mechanism in the circumferential direction, so that the metal material can be rotated in the circumferential direction in synchronization with the rotation of the extrusion feeding apparatus. it can. When torsionally deforming a metal material, either a method of twisting and deforming the tip of the metal material using a rotating mechanism of a movable roller die, or a method of twisting and deforming the rear end of a metal material using the rotation mechanism of an extrusion device Even if it is adopted, accurate torsional deformation can be added to the metal material by synchronizing the support means.
本発明の曲げ加工装置では、また、可動ローラダイスにロールの駆動回転機構を具備させることにより、前記押し出し送り装置の送り量に応じて駆動モータなどによって当該ローラに駆動回転を与えることができる。すなわち、曲げ加工部分に作用する圧縮応力を緩和させるとともに、押し出し送り装置の送り量に応じて、これと同調するように可動ローラダイスのロール回転速度を制御すれば、曲げ加工部分に引張応力を付加することも可能となり、曲げ加工の可能範囲が広がり、製品の加工精度も向上させることができる。 In the bending apparatus of the present invention, by providing the movable roller die with a roll drive rotation mechanism, the roller can be driven to rotate by a drive motor or the like according to the feed amount of the extrusion feed device. In other words, while reducing the compressive stress acting on the bending portion and controlling the roll rotation speed of the movable roller die in accordance with the feed amount of the extrusion feeding device, tensile stress is applied to the bending portion. It is also possible to add, the possible range of bending is expanded, and the processing accuracy of the product can be improved.
4.予熱手段とその作用
本発明の曲げ加工装置では、加熱装置の上流側に予熱装置を備え、予熱装置において金属材の二段、またはそれ以上の複数段加熱、または偏加熱を行うことができる。予熱手段を複数段加熱として用いる場合には、金属材の加熱負荷を分散することができ、曲げ加工能率の向上を図ることが可能になる。
4). Preheating means and its action In the bending apparatus of the present invention, a preheating device is provided on the upstream side of the heating device, and the preheating device can perform two or more stages of metal materials or uneven heating. When the preheating means is used as multi-stage heating, the heating load of the metal material can be dispersed and the bending efficiency can be improved.
図10は、予熱装置を金属材の偏加熱として用いる場合の作用を説明する図である。予熱装置として予熱用高周波加熱コイル5aを金属材1の偏加熱として用いる場合には、可動ローラダイスによる金属材の曲げ方向に基づいて、金属材1を予熱用高周波加熱コイル5a内に偏って位置させることにより、金属材1の加熱部における曲げ内面側の温度が曲げ外面側の温度よりも低くなるように制御する。
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation when the preheating device is used for uneven heating of a metal material. When the preheating high-
具体的には、図10において、金属材1のA側を予熱用高周波加熱コイル5aに近づくように位置させ、曲げ内面側に相当するB側の外面温度より、曲げ外面側に相当するA側の外面温度を高くするように制御する。このように金属材1の加熱部を構成することにより、曲げの内面側に発生するシワと曲げの外面側に発生する割れを有効に防止することができる。
Specifically, in FIG. 10, the A side of the
本発明の曲げ加工装置では、可動ローラダイスへ潤滑剤を供給することができる。これにより、金属材の加熱部に発生するスケールを可動ローラダイスが巻き込んだ場合でも、潤滑作用により、表面焼付の発生を低減することができる。 In the bending apparatus of the present invention, the lubricant can be supplied to the movable roller die. Thereby, even when the movable roller die entrains the scale generated in the heating part of the metal material, the occurrence of surface seizure can be reduced by the lubricating action.
同様に、本発明の曲げ加工装置では、可動ローラダイスへ冷却流体を供給することができる。可動ローラダイスの内部であって金属材をクランプする部位の近傍に冷却配管を設けて、可動ローラダイスへ冷却流体を供給することにより、可動ローラダイスが冷却流体により冷却されることから、可動ローラダイスの強度低下、可動ローラダイスの熱膨張による加工精度の低下、さらに可動ローラダイス表面の焼付発生を防止できる。 Similarly, in the bending apparatus of the present invention, a cooling fluid can be supplied to the movable roller die. The movable roller die is cooled by the cooling fluid by providing a cooling pipe inside the movable roller die and in the vicinity of the portion for clamping the metal material, and supplying the cooling fluid to the movable roller die. It is possible to prevent the strength of the die from being lowered, the processing accuracy from being lowered due to the thermal expansion of the movable roller die, and the seizure of the surface of the movable roller die.
5.関節型ロボットの構成配置
図11は、本発明の曲げ加工装置に適用できる関節型ロボットの全体構成および配置を示す図である。図11に示すように、曲げ加工装置の下流側には、可動ローラダイス4用の関節型ロボット11を配置することができる。
5). FIG. 11 is a diagram showing an overall configuration and arrangement of an articulated robot applicable to the bending apparatus of the present invention. As shown in FIG. 11, an articulated
可動ローラダイス用関節型ロボット11の構成は、作業面に固定された固定面12と、3本のアーム13、14、15と、各アーム13、14、15を接続するとともに、軸の廻りで回動可能な3個の関節16、17、18とを具備するものである。そして、関節型ロボット11の先端のアーム15には、可動ローラダイス4が取り付けられている。
The configuration of the articulated
図12は、本発明の曲げ加工装置に適用できる関節型ロボットの他の構成例を示す図である。前記図11に示す曲げ加工装置では、可動ローラダイス用関節型ロボットのみを配置しているが、同時に加熱装置および冷却装置用の関節型ロボット11を併設することができる。関節型ロボットを併設することにより、一層、曲げ加工の効率化を図ることができる。
FIG. 12 is a diagram showing another configuration example of the articulated robot applicable to the bending apparatus of the present invention. In the bending apparatus shown in FIG. 11, only the articulated robot for the movable roller die is arranged, but at the same time, the articulated
本発明の曲げ加工装置では、軸廻りに回動可能な関節を3個有する関節型ロボットを少なくとも1つ以上設けることにより、金属材の曲げ加工に際し、可動ローラダイス4でのシフト機構、チルト機構および移動機構が行う屈伸、旋回、並進などの動作、すなわち、合計6種類のマニピュレータが行う動作を制御信号に基づく一連の動作とすることが可能になる。これにより、曲げ加工の効率化とともに加工装置の小型化を図ることができる。 In the bending apparatus of the present invention, by providing at least one articulated robot having three joints that can rotate around an axis, a shift mechanism and a tilt mechanism in the movable roller die 4 are used when bending a metal material. In addition, operations such as bending, turning, and translation performed by the moving mechanism, that is, operations performed by a total of six types of manipulators can be made a series of operations based on the control signal. Thereby, size reduction of a processing apparatus can be achieved with the efficiency improvement of a bending process.
6.曲げ加工設備列
前述の通り、本発明の曲げ加工装置に供される被加工材としては、丸形等の形状を有する閉断面材、または開断面材が用いられる。従来から丸管の閉断面材として電縫鋼管が多く採用されており、同時に開断面材としてロールフォーミングされた鋼材が多用されている。
6). As described above, a closed cross-section material having a shape such as a round shape or an open cross-section material is used as the work material provided to the bending apparatus of the present invention. Conventionally, many ERW steel pipes have been adopted as closed cross-section materials for round pipes, and at the same time, roll-formed steel materials have been frequently used as open cross-section materials.
図13は、被加工材の製造に用いられる電縫鋼管製造ラインの全体構成を示す図である。電縫鋼管製造ライン19は、帯状鋼板20から鋼管を製造するための装置である。そのための装置構成としては、帯状鋼板ロールから帯状鋼板20を連続的に繰り出すアンコイラー21と、繰り出された帯状鋼板20を所定断面形状の管に成形する複数のロール成形機を備える成形手段22と、管状にされて相互に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機を備える溶接手段23と、溶接ビード切削装置およびポストアニーラー装置、さらに連続する管を所要のサイズにする後処理手段24と、この所要サイズにされた管を所要長さに切断する走行切断機を備える切断手段25とを連続的に設けられている。
FIG. 13 is a diagram showing an overall configuration of an ERW steel pipe production line used for production of a workpiece. The electric resistance steel pipe production line 19 is an apparatus for producing a steel pipe from the
図14は、被加工材の製造に用いられるロールフォーミングラインの全体構成を示す図である。ロールフォーミングライン26は、帯状鋼板20を所定の形状に成形するための装置である。このため、金属素材としての帯状鋼板20が巻回され、この帯状鋼板20を繰り出すアンコイラー21と、このアンコイラー21によって繰り出された帯状鋼板20を所定の形状に成形するロール成形機を備える成形手段27と、このロール成形機によって所定の形状に成形された帯状鋼板20を所定の長さ寸法に連続的に切断する走行切断機を備える切断手段28とから構成されている。
FIG. 14 is a diagram showing an overall configuration of a roll forming line used for manufacturing a workpiece. The roll forming line 26 is an apparatus for forming the
図13に示す電縫鋼管製造ライン19や図14に示すロールフォーミングライン26によって製造された被加工材は、加工用の金属材として曲げ加工装置に供給されるが、各ラインと装置が分離し独立していると、ラインと装置間での処理スピードの相違から、被加工材をストックしておく場所を確保することが必要になる。また、各々のラインと装置間で被加工材を搬送する必要があり、クレーン、トラック等の補助搬送設備および手段を設ける必要がある。 The workpieces manufactured by the ERW steel pipe manufacturing line 19 shown in FIG. 13 and the roll forming line 26 shown in FIG. 14 are supplied to the bending apparatus as metal materials for processing. However, each line and apparatus are separated. If it is independent, it is necessary to secure a place for stocking the workpiece due to the difference in processing speed between the line and the apparatus. Moreover, it is necessary to convey a workpiece between each line and an apparatus, and it is necessary to provide auxiliary conveyance facilities and means, such as a crane and a truck.
本発明の曲げ加工装置では、上記電縫鋼管製造ライン19、またはロールフォーミングライン26の出側に連続して配置することにより、被加工材の供給から曲げ加工装置に至る全体の設備列をコンパクトにできるとともに、その操業条件を適正に設定することにより、精度の優れた曲げ加工製品を効率的、かつ安価に製造することができる。 In the bending apparatus of the present invention, the entire equipment line from the supply of the workpiece to the bending apparatus is compacted by continuously arranging on the outlet side of the ERW steel pipe production line 19 or the roll forming line 26. In addition, by appropriately setting the operating conditions, it is possible to efficiently and inexpensively manufacture a bent product with excellent accuracy.
本発明の金属材の曲げ加工方法並びに曲げ加工装置および曲げ加工設備列によれば、多岐にわたる曲げ形状が要求され、金属材の曲げ方向が2次元的に異なる連続曲げ(例えば、S字曲げ)や曲げ方向が3次元的に異なる連続曲げを加工する場合であっても、さらに高強度の金属材の曲げ加工が必要な場合であっても、金属材は均一な冷却が行われることから、高強度であっても形状凍結性がよく均一な硬度分布を有する金属材を効率的、かつ安価に得ることができる。 According to the bending method, bending apparatus, and bending equipment line of the metal material of the present invention, various bending shapes are required, and the bending direction of the metal material is two-dimensionally different (for example, S-shaped bending). Even when processing a continuous bend in which the bending direction is three-dimensionally different, even when a bending process of a higher-strength metal material is necessary, the metal material is uniformly cooled, Even with high strength, a metal material having good shape freezing property and uniform hardness distribution can be obtained efficiently and inexpensively.
しかも、可動ローラダイスは回転可能に金属材をクランプすることから、ダイス表面に発生する焼付疵を抑制することができるので、曲げ加工精度を確保することができるとともに、作業能率に優れた押通し曲げ加工が可能になる。これにより、一層、高度化する自動車部品の曲げ加工技術として、広く適用することができる。 Moreover, since the movable roller die clamps the metal material in a rotatable manner, seizure flaws generated on the surface of the die can be suppressed, so that bending accuracy can be ensured and push-through with excellent work efficiency can be achieved. Bending can be performed. As a result, the present invention can be widely applied as a bending technology for automobile parts that is further advanced.
1:金属材、 2:支持手段
3:押し出し装置、 4:可動ローラダイス、ピンチロール
5、加熱手段、加熱装置、高周波加熱コイル
5a:予熱手段、予熱装置、予熱用高周波加熱コイル
6:冷却手段、冷却装置、 6a:マンドレル
7:チャック機構
8、9、10:駆動モータ、 10a:駆動ギア
11:関節型ロボット、 12:固定面
13、14、15:アーム、 16、17、18:関節
19:電縫鋼管製造ライン、 20:帯状鋼板
21:アンコイラー、 22、27:成形手段
23:溶接手段、 24:後処理手段
25、28:切断手段、 26:ロールフォーミングライン
1: Metal material 2: Support means 3: Extruding device 4: Movable roller die,
Claims (38)
前記支持手段の下流側に設けられた可動ローラダイスで前記金属材をクランプし、当該可動ローラダイスの位置または/および移動速度を制御しつつ、前記可動ローラダイスの入り側であり前記金属材の外周に配置した加熱手段および冷却手段を用いて、前記金属材を局部的に塑性変形が可能な温度域でかつ焼入が可能な温度域に加熱し、前記加熱部に曲げモーメントを付与した後、急冷することを特徴とする金属材の曲げ加工方法。 In the push-bending method of the metal material for performing bending on the downstream side of the support means while sequentially or continuously extruding the workpiece held by the support means from the upstream side,
The metal material is clamped by a movable roller die provided on the downstream side of the support means, and the position or / and moving speed of the movable roller die is controlled, and the metal material is on the entry side of the movable roller die. After heating the metal material to a temperature range where plastic deformation can be locally performed and a temperature range where quenching can be performed using heating means and cooling means arranged on the outer periphery, and applying a bending moment to the heating part A method of bending a metal material, characterized by rapid cooling.
前記支持手段の下流側に設けられて前記金属材をクランプし、当該クランプ位置または/およびその移動速度を制御する可動ローラダイスと、
前記可動ローラダイスの入り側であり前記金属材の外周に配置されて前記金属材を局部的に塑性変形が可能な温度域でかつ焼入が可能な温度域に加熱する加熱手段と、
前記可動ローラダイスの入り側であり前記金属材の外周に配置されて加熱部に曲げモーメントが付与された前記金属材を急冷する冷却手段とを備えることを特徴とする金属材の曲げ加工装置。 A support means for holding the work material; and an extruding device for feeding or moving the work material sequentially or continuously from the upstream side, in accordance with the feed movement of the work material by the extruding device, In the metal bending metal bending machine that performs the bending process on the downstream side,
A movable roller die provided on the downstream side of the support means for clamping the metal material and controlling the clamping position or / and the moving speed thereof;
A heating means that is disposed on the outer side of the metal material on the entrance side of the movable roller die and heats the metal material to a temperature range in which plastic deformation can be locally performed and to a temperature range capable of quenching;
A metal material bending apparatus, comprising: a cooling means for rapidly cooling the metal material, which is disposed on an outer periphery of the metal material and is provided on the outer periphery of the metal material and to which a bending moment is applied to a heating unit.
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