WO2010050460A1 - 曲げ加工製品の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a bent product. More specifically, the present invention manufactures a bent product manufactured by performing a bending process in which the bending direction changes three-dimensionally, efficiently and with excellent dimensional accuracy even when the bending angle is high.
- the present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a bent product.
- the structural metal material be light and high in strength.
- the demand for the safety of automobile bodies has increased, and the demand for lighter and higher strength automotive parts has further increased.
- the material for automotive parts is required to have a considerably higher strength level than before. For this reason, for example, a high-tensile steel plate having a tensile strength of 780 MPa or more, further 900 MPa or more is often used as a material for automobile parts.
- the feeding device 3 feeds the metal material 1 supported by the supporting means 2 so as to be movable in the axial direction from the upstream side to the downstream side.
- the high-frequency heating coil 5 disposed downstream of the support means 2 rapidly heats the metal material 1 to a temperature range in which the metal material 1 can be partially quenched.
- a water cooling device 6 disposed downstream of the high frequency heating coil 5 rapidly cools the metal material 1.
- the movable roller die 4 disposed downstream of the water cooling device 6 has at least one pair of roll pairs 4 a that can be supported while feeding the metal material 1.
- the movable roller die 4 moves in three dimensions, thereby imparting a bending moment to the heated portion of the metal material 1 and bending the metal material 1.
- Bending device 0 can manufacture a bent product with high work efficiency while ensuring sufficient bending accuracy.
- the bent product may have a bent portion and a quenched portion that are bent in three dimensions intermittently or continuously in a longitudinal direction and / or a circumferential direction in a plane intersecting the longitudinal direction. .
- the bending apparatus 0 can manufacture the bent product with high work efficiency while ensuring sufficient bending accuracy.
- FIG. 6 is an explanatory diagram conceptually showing the processing method disclosed in Patent Document 1.
- the metal material 1 is fed leftward while being supported by two pairs of support rolls 2.
- the metal material 1 is partially heated by the high-frequency heating coil 5 and then rapidly cooled by the water cooling device 6 to be subjected to various heat treatments including quenching.
- the movable roller die 4 arranged on the downstream side of the water cooling device 6 moves three-dimensionally with a shift amount H and a tilt angle ⁇ .
- a bending moment is applied to the portion 1 a between the heat heated by the high frequency heating coil 5. Since this portion 1a is deformed by the bending moment, the metal material 1 fed by the feeding device 3 is continuously bent.
- the bending accuracy of the metal material 1 decreases due to the influence of disturbance such as the weight of the metal material 1, and a desired bending accuracy cannot be obtained.
- the size of the roller 4a of the movable roller die 4, the size of components (clamp, hydraulic cylinder, air cylinder, roll chuck, housing, etc.) attached to the roller 4a, the size of the heating device, and further cooling Due to the size of the apparatus, the metal material 1 cannot be bent at a bending angle greater than a certain angle. In particular, when the bending radius of the metal material 1 is small, the movable roller die and the portion attached to the roller easily interfere with the metal material 1 and cannot be processed.
- the scale bitten by the movable roller die 4 causes wrinkles on the roll 4a and the surface of the product. When the roll 4a is damaged, wrinkles are periodically generated in the product.
- the sliding portion of the movable roller die 4 constitutes a precise positioning mechanism. If the scale adheres to the sliding portion of the movable roller die 4 and a scratch or the like is generated, the life of the machine parts constituting the movable roller die 4 is shortened and accurate positioning becomes difficult. It is necessary to take dust-proof measures such as interrupting production for a long time and performing frequent maintenance, or covering the entire sliding part with a protective cover. (Problem 5) For components of automobiles and automobile bodies, further improvement in dimensional accuracy is required from the viewpoint of improving the assembly accuracy of automobiles.
- the metal material is moved in a three-dimensional direction including at least the metal material feed direction in the work space including the space upstream of the metal material feed direction from the third position while gripping in the region of Heated in Be provided with a combination of the gripping means for providing the bending moment portion is a manufacturing apparatus for a bent product characterized.
- a metal material is gripped by a gripping means supported by an articulated robot or the like, or a gripping means integrated with an articulated robot or the like, and bent into a metal material.
- the angle of bending can be increased, surface properties and surface wrinkles can be suppressed, bending accuracy can be ensured, and bending with excellent work efficiency can be achieved.
- the feeding device 11 feeds a long metal material 1 having a closed cross-sectional shape in the longitudinal direction.
- a type using an electric servo cylinder is exemplified.
- the feeding device 11 need not be limited to a specific type, and can be equally used as long as it is a known type of feeding device such as a type using a ball screw or a type using a timing belt or a chain. .
- the present invention is a steel pipe having a circular cross-sectional shape
- the present invention is not limited to the case where the metal material 1 is a steel pipe.
- it can be applied to a hollow metal material having a cross-sectional shape of a rectangle, an ellipse, an oval, a polygon, a combination of a polygon and a circle, or a combination of a polygon and an ellipse in the same manner as a steel pipe. is there.
- the metal material 1 passes through the installation position A of the support device 13 and is sent in the axial direction. However, as the support device 13, the grip portion 12 shown in FIG. 1 may be substituted.
- the high-frequency heating device 14 partially heats the metal material 1 to be sent at a second position B located downstream of the first position A in the feed direction of the metal material 16 to be sent.
- the metal material 1 is rapidly cooled by the cooling device 16 at the portion heated by the high-frequency heating device 14.
- the gripping means 15 holds the metal material 1 to be fed in the region D downstream of the third position C in the feed direction of the metal material 1 and upstream of the metal material 1 in the feed direction from the third position C.
- a chuck mechanism can be used as the gripping means.
- This workspace is a three-dimensional space defined by the equations (1), (2), and (3).
- x ⁇ 0 and (y 0 or y ⁇ 0.5D) and 0 ⁇ ⁇ ⁇ 360 °
- D means the minimum outer dimension (mm) of the bent product
- Rmin means the minimum radius of curvature (mm) of the bent product
- x, y, and ⁇ are A cylindrical coordinate system having the second position as the origin, where the instantaneous feed direction of the metal material is the positive direction of x, the direction orthogonal to x in the horizontal plane is y, and the circumferential angle is ⁇ . .
- the gripping means 15 moves in a three-dimensional direction in the workspace, thereby bending the metal material 1 and having a desired shape provided with a bent portion intermittently or continuously in the longitudinal direction. Bending products can be manufactured.
- the work space is a space based on a technical idea, there may be a tangible object that can be arbitrarily installed when work such as a production line is fixed.
- the gripping means 15 has a main body 17 having a columnar outer shape, and a second base 19 so that the main body 17 is mounted and is movable in a direction (vertical direction in FIG. 1) perpendicular to the feeding direction of the metal material 1. And a moving mechanism 20 composed of a second base 19 that is movably arranged in the feed direction.
- the movement of the first base 18 and the movement of the second base are both performed using a ball screw and a drive motor.
- the main body 17 is configured to be movable two-dimensionally in a horizontal plane.
- the main body 17 is configured by a hollow body having an inner peripheral surface shaped along the outer peripheral surface of the metal material 1, thereby gripping the metal material 1 by being disposed in contact with the outer surface of the tip portion of the metal material 1. To do.
- the main body 17 may be comprised by the cylinder which has an outer peripheral surface of the shape along the inner peripheral surface of the metal material 1, and in this case, the main body 17 is metal.
- the metal material 1 can be gripped by being inserted and disposed inside the tip of the material 1.
- FIG. 2 is an explanatory view conceptually showing the configuration of the manufacturing apparatus 10-1 using the joint type robot 21
- FIG. 3 is an explanatory view showing the joint type robot 21. As shown in FIG.
- the main body 17 can be easily supported in a three-dimensional direction including at least the feeding direction of the metal material 1.
- a description will be given of a situation in which the manufacturing apparatus 10 manufactures a bent product that includes a bending portion that is bent in three dimensions intermittently or continuously in the longitudinal direction.
- the long metal material 1 having a closed cross-sectional shape is supported at the first position A by the support device 13 and fed in the longitudinal direction by the feeding device 11.
- the metal material 1 to be fed is partially heated by the high-frequency heating device 14 at the second position B downstream of the first position A in the feeding direction of the metal material 1;
- feeding the metal material 1 In the region D downstream of the third position C in the direction, the position of the gripping means 15 that grips the metal material 1 includes a space upstream of the third position C in the feed direction of the metal material 1.
- the bending moment is given to the heated part in the metal material 1 by changing to at least a three-dimensional direction including the feeding direction of the metal material 1 continuously according to the target product shape.
- This manufacturing apparatus 10 is (A) An uncoiler that continuously feeds the strip-shaped steel plate constituting the ERW steel pipe production line, forming means for forming the fed strip-shaped steel plate into a pipe having a predetermined cross-sectional shape, and both side edges of the butted strip-shaped steel plates On the outlet side of this post-processing means in a continuous production apparatus for a bent product comprising welding means for forming a continuous tube by welding and post-processing means for post-annealing and sizing as necessary.
- a bent product can be produced continuously by placing it on the exit side of the forming means in the apparatus.
- the metal material is gripped by the gripping means supported by an articulated robot or the like and bent into the metal material, a large bending angle can be secured, and the surface properties and surface wrinkles can be secured. In addition to being able to suppress the bending work accuracy, it is possible to perform the bending work with excellent work efficiency.
Abstract
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。
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
図1は、本発明の一例の曲げ加工製品の製造装置10の構成を、簡略化して概念的に示す説明図である。
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。
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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