金属材料的弯曲加工方法、弯曲加工装置及弯曲加工设备列、以及使用它们做成的弯曲加工产品

技术领域

本发明涉及一种金属材料的弯曲加工方法及其弯曲加工装 置、以及弯曲加工设备列，更加详细地说是涉及一种即使在金 属材料为弯曲方向在2维度上不同的连续弯曲(例如，S字弯曲) 的情况下，或弯曲方向在3维度上不同连续弯曲的情况下，可 以高效率地进行弯曲加工的金属材料的弯曲加工方法及可以应 用该弯曲加工方法的加工装置、以及弯曲加工设备列、还有使 用它们做成的弯曲加工产品。

背景技术

近年来，出于对地球环境的担忧，对结构用金属材料逐渐 要求使用重量轻且高强度的材料。例如，在汽车行业中，对车 体安全性的要求有所提高，对汽车部件的轻量化及高强度化的 要求越来越严格，从提高燃料费和提高冲撞安全性的方面考虑， 正在推进汽车用部件的开发。

为了应对这样的要求，广泛使用了由与以往完全不同的强 度等级构成的高张力钢板，例如，拉伸强度大于等于780MPa、 甚至大于等于900MPa的高强度的原材料。

另一方面，在这些原材料的高强度化的同时，也可以重新 研究以往的汽车用部件的构造。随之，为了应用于多种多样的 汽车用部件，强烈要求开发一种对金属材料进行高精度加工的 弯曲加工技术。该金属材料由复杂的形状、例如弯曲方向在2 维度、甚至3维度上不同的弯曲形状构成。

以往，为了应对开发这样的弯曲加工技术的要求，提出了 各种加工技术。例如，在日本特开昭50-59263号及日本专利 第2816000号这两个公报中提出了一种一边对金属管等进行热 处理，一边对其进行弯曲加工的方法。具体地说，是这样一种 方法：将金属管等的加工前端侧夹紧在旋转自由的臂上，一边 利用加热装置对其加热，一边使加热部适当地移动，从而使其 弯曲变形，之后将该金属管等被加工材料冷却(在日本特开昭 50-59263号公报中提出的方法)，还有，是一种对上述加热部 施加扭转力和弯曲力，在使其发生扭转变形的同时还发生弯曲 变形的方法(在日本专利第2816000号公报中提出的方法)。

但是，在上述两个公报中提出的弯曲加工方法是一种与所 谓的夹紧弯曲加工区分开的加工方法，由于都需要用旋转自由 的臂夹紧金属管等的加工前端部，因此无法使加工中的金属管 等的进给速度为高速。而且，由于每重复一次由臂进行的夹紧 都需要使臂返回，进给速度变动显著，因此需要对加热和冷却 速度进行复杂的控制，无法确保规定的淬火精度。

由于在夹紧弯曲加工中产生了上述问题，因此在日本特开 2000-158048号公报中提出了一种基于贯穿弯曲加工的高频 加热弯曲机，即一种以可向3维度方向自由移动的方式支承压 弯辊的高频加热弯曲机。采用日本特开2000-158048号公报的 高频加热弯曲机，使压弯辊跨过被弯曲加工物向相反方向的被 弯曲加工物侧面移动，压弯辊抵接在该侧面上对其进行弯曲加 工，因此，即使在例如像S字弯曲那样地弯曲方向在2维度上不 同的连续弯曲的情况下，也可以不进行使被弯曲加工物旋转 180度的操作作业。

但是，对于日本特开2000-158048号公报的高频加热弯曲 机，由于没有夹紧被弯曲加工物两侧面的机构，因由高频加热 之后的冷却产生的残余应力而易于发生变形，因此难以确保规 定的尺寸精度，制约了加工速度，并且难以提高弯曲加工度。

并且，在日本专利第3195083号公报中提出了一种具有这 样的加热机构的贯穿弯曲加工装置：替代上述夹紧弯曲加工和 高频加热弯曲机的压弯辊，设置固定模和可在3维度方向上移 动的可动旋转模，由加热机构将金属构件加热至与由可动旋转 模对金属构件进行弯曲加工的曲率相对应的温度。

在日本专利第3195083号公报的弯曲加工装置中，由于固 定模及可动旋转模不是以可旋转的方式保持被加工的金属构 件，因此无论是固定模及可动旋转模中的哪一种，都容易在其 表面产生烧伤。另外，日本专利第3195083号公报的弯曲加工 装置向固定模及可动旋转模中供给冷却流体，避免了由两个模 的强度降低和热膨胀引起的加工精度的降低，但没有试图对被 弯曲加工的金属构件进行淬火热处理，而无法获得通过淬火而 高强度的金属构件。

如上所述，伴随着重新研究汽车用部件的构造，为了应用 于多种多样的汽车用部件，要求一种由复杂弯曲形状构成的金 属材料的加工技术。另一方面，若也考虑到金属材料的轻量化， 优选选定拉伸强度为900MPa以上的金属材料，更优选选定 1300MPa级以上的金属材料。在这种情况下，在将拉伸强度为 500～700MPa左右的金属管坯作为初始材料来进行弯曲加工 之后，利用热处理提高其强度，从而获得高强度的金属材料。

但是，对于在日本特开昭50-59263号及日本专利第 2816000号两个公报中提出的夹紧弯曲加工，由于金属管坯的 进给速度变动显著，难以对冷却速度进行复杂的控制，而无法 确保淬火精度，因此无法防止产生不均匀的应变。因此，在弯 曲形状产生偏差的同时，在高强度的金属材料中随着残余应力 也会产生延迟破坏的问题，不适合作为汽车用部件。

并且，在日本专利第3195083号公报中提出的弯曲加工装 置基于贯穿弯曲加工，但并不是意图在将低强度的金属管坯作 为初始材料来进行热加工之后，利用淬火来提高强度，而获得 高强度的金属材料。另外，随着对金属材料进行加热，容易在 可动旋转模的表面产生烧伤，因此要求对热弯曲加工装置进行 进一步的改善。

发明内容

本发明即是鉴于上述问题而作成的，其目的在于提供一种 这样的金属材料的弯曲加工方法及可以应用该加工方法的弯曲 加工装置、以及弯曲加工设备列：即使在对金属材料进行弯曲 加工时，随着汽车用部件的构造的多样化而要求复杂的弯曲形 状的情况下，甚至需要对高强度的金属材料进行弯曲加工的情 况下，也可以确保弯曲精度，且作业效率优良。

为了解决上述课题，本发明的金属材料的贯穿弯曲加工方 法(push through bending processing)，一边自上游侧逐次 或连续地挤出由支承机构保持着的被加工材料、一边在上述支 承机构的下游侧进行弯曲加工，其特征在于，用设在上述支承 机构下游侧的可动辊模夹紧上述金属材料，在控制该可动辊模 的位置或/及移动速度的同时，使用配置在上述可动辊模的输 入侧、且配置在上述金属材料外周的加热机构及冷却机构，将 上述金属材料局部加热至可产生塑性变形且可进行淬火的温度 区域，并对上述加热部施加弯矩，然后急速冷却该金属材料。

即，在对金属材料进行贯穿弯曲加工时，一边夹紧金属材 料的下游侧而使其以恒定速度移动，一边对其实施热处理，可 以确保规定的冷却速度，可以均匀地冷却被弯曲加工过的金属 材料，因此可以获得尽管强度较高、但形状冻结性也很好的、 硬度均匀的金属材料。

例如，作为具体的构成，利用高频加热线圈将作为被加工 材料的管坯逐次连续地加热至A₃相变点以上、且组织不会粗粒 化的温度，并且使用可动辊模使被加热的局部区域塑性变形， 之后立即对管坯的外表面或内外表面喷射以水或油为主体的冷 却介质、或其他的冷却液、或气体、或喷雾，从而可以确保100 ℃/sec以上的冷却速度。

另外，施加弯矩的可动辊模以可动辊型方式夹紧金属材料， 可以抑制产生于模具表面的烧伤，因此可以高效率地进行弯曲 加工。同样，由于支承机构也以可旋转的方式保持着金属材料， 因此可以抑制产生烧伤。

本发明第2实施方式的弯曲加工方法，可动辊模具有用于 使其沿上下方向移动的移位机构、用于使其沿左右方向移动的 移位机构、用于使其向上下方向倾斜的倾斜机构、以及用于使 其向左右方向倾斜的倾斜机构中的至少1种以上的机构。由此， 即使金属材料的弯曲形状复杂，为弯曲方向在2维度上不同的 连续弯曲(例如，S字弯曲)的情况下，甚至为弯曲方向在3维 度上不同的连续弯曲的情况下，也可以高效率地进行弯曲加工。

并且，在本发明第3实施方式的弯曲加工方法中，可动辊 模可以具有用于使其沿前后方向移动的移动机构。通过具有用 于使其沿前后方向移动的移动机构，即使在金属材料的弯曲半 径较小的情况下，也可以确保最佳臂长L，因此可以避免加工 装置的大型化，从而可以确保弯曲加工精度。

另外，在本发明第4实施方式的弯曲加工方法中，加热机 构或/及冷却机构可以具有用于使其沿上下方向移动的移位机 构、用于使其沿左右方向移动的移位机构、用于使其向上下方 向倾斜的倾斜机构、以及用于使其向左右方向倾斜的倾斜机构 中的至少1种以上的机构。可使上述可动辊模与加热机构及冷 却机构的动作同步，通过它们的同步动作，进而可以进行高精 度、均匀的弯曲加工。

并且，在本发明第5实施方式的弯曲加工方法中，加热机 构或/及冷却机构可以具有用于使其沿前后方向移动的移动机 构。通过使加热机构具有等移动机构，可以在确保其与可动辊 模的同步性的基础上，可在开始弯曲加工时对金属管前端进行 加热，并且可以改善安装、拆卸金属管时的作业性及操作性。

在本发明第6实施方式的弯曲加工方法中，可动辊模还可 以具有用于使其在周向上旋转的旋转机构。可以在金属材料为 弯曲方向在2维度上不同的弯曲形状或弯曲方向在3维度上不 同的弯曲形状的基础上，对金属材料施加扭转变形。

在本发明第7实施方式的弯曲加工方法中，设在金属材料 上游侧的挤压装置可以具有把持着被加工材料在周向上旋转的 机构。即使在不使用上述可动辊模的旋转机构的情况下，也可 以在金属材料为弯曲方向在2维度上不同的弯曲形状或弯曲方 向在3维度上不同的弯曲形状的基础上，对金属材料施加扭转 变形。

在本发明第8实施方式的弯曲加工方法中，支承机构还可 以具有用于使其在周向上旋转的旋转机构，可以使其与挤压进 给装置的旋转同步地在周向上旋转。在使金属材料扭转变形时， 不使可动辊模在周向上旋转，而使支承机构同步地通过挤压装 置的旋转机构使金属材料的后端部扭转，从而可以对其施加高 精度的扭转变形。当然，即使一边使可动辊模在周向上旋转， 一边使支承机构同步地通过挤压装置的旋转机构使金属材料的 后端部相对地扭转，也可以对其施加高精度的扭转变形。

在本发明第9实施方式的弯曲加工方法中，可动辊模还可 以具有辊的驱动旋转机构，根据上述挤压进给装置的进给量由 驱动电动机等对该辊施加驱动使其旋转。即，在可动辊模未装 备驱动旋转机构时，有时该辊的旋转只被摩擦阻力所驱动，压 缩应力作用于弯曲加工部分，而在弯曲内周侧使增加的壁厚变 大，或产生压曲。特别是，在被加工材料为薄壁材料时，有可 能由此引起弯曲加工困难、或加工精度变差。

相对于此，若通过在可动辊模上装备驱动旋转机构来缓和 作用于弯曲加工部分的压缩应力，并根据挤压进给装置的进给 量控制可动辊模的辊旋转速度，使得该辊旋转速度与该进给量 同步，则也可以对弯曲加工部分施加拉伸应力，扩大了可进行 弯曲加工的范围，也可以提高产品的加工精度。

在本发明第10实施方式的弯曲加工方法中，可以由2根辊、 3根辊、或4根辊构成可动辊模，并且在第11实施方式的弯曲加 工方法中，也可以将被进行弯曲加工的金属材料做成由各种截 面形状构成的封闭截面材料、开放截面材料、异型截面材料、 或棒材。可以与成为被加工材料的金属材料的截面形状相对应 地设计可动辊模的辊型方式。

在本发明第12实施方式的弯曲加工方法中，在加热机构的 上游侧具有至少1个以上的预热机构，对于预热机构，可以对 金属材料进行二段加热、或不均匀加热。在对于预热手段使用 多段加热的情况下，可以分散金属材料的加热负荷，从而可以 提高弯曲加工效率。

另一方面，在对于预热手段使用对金属材料进行不均匀加 热的情况下，根据通过可动辊模产生的金属材料的弯曲方向控 制金属材料的加热部的温度，例如使得其弯曲内表面侧的温度 低于其弯曲外表面侧的温度。通过这样地构成金属材料的加热 部，可以防止产生于弯曲内表面侧的褶皱和产生于弯曲的外表 面侧的裂纹。

在本发明第13实施方式的弯曲加工方法中，将心轴装入金 属材料的内表面来作为冷却机构，可以用心轴与配置在金属材 料外周的冷却机构一起、或用心轴单独地供给冷却介质。特别 是，对于确保厚壁材料的冷却速度是有效的。

在本发明第14实施方式的弯曲加工方法中，可以使由冷却 机构供给的冷却介质以水为主要成分，并含有防锈剂。在滑动 部被由冷却机构供给的冷却水浸湿时，在冷却水中不含有防锈 剂的情况下会生锈，从保护机械的方面考虑产生了不良，因此 在冷却水中含有防锈剂在保护机械的方面是有效的。

并且，可以使由冷却机构供给的冷却介质以水为主要成分， 并含有淬火剂。例如，作为淬火剂公知有一种混入了有机高分 子剂的物质。通过混入规定浓度的淬火剂，可以调整冷却速度， 而确保稳定的淬火性能。

在本发明第15实施方式的弯曲加工方法中，可以向可动辊 模供给润滑剂或/及冷却流体。在向可动辊模供给了润滑剂时， 即使在可动辊模卷入了产生于金属材料的加热部的氧化皮的情 况下，也可以通过润滑作用减少发生烧伤。

另外，在向可动辊模供给了冷却流体时，可动辊模可被冷 却流体冷却，因此可以防止可动辊模的强度降低，防止由可动 辊模的热膨胀导致的加工精度的降低，并防止在可动辊模表面 产生烧伤。

并且，在本发明第16实施方式的弯曲加工方法中，设有至 少1个以上的具有可绕轴转动的关节的关节型机器人，可以利 用上述关节型机器人进行可动辊模及加热机构或/及冷却机构 的移位机构、倾斜机构以及移动机构中的至少1个以上的动作。

通过使用关节型机器人，在对金属管进行弯曲加工时，可 将可动辊模、加热机构及冷却机构所需要的、操纵装置所进行 的沿上下方向或左右方向的移位动作、向上下方向或左右方向 倾斜的倾斜动作、或沿前后方向移动的移动动作设为基于控制 信号的一连串动作，可以提高弯曲加工效率，并实现加工装置 的小型化。

为了应用上述金属材料的贯穿弯曲加工方法，在本发明的 弯曲加工装置中，具有用于以可旋转的方式保持被加工材料的 支承机构、和自上游侧逐次或连续地进给移动上述被加工材料 的挤压装置，与由上述挤压装置对上述被加工材料的进给移动 相配合，在上述支承机构的下游侧对其进行弯曲加工，其特征 在于，具有可动辊模、加热机构和冷却机构；该可动辊模设在 上述支承机构的下游侧，夹紧上述金属材料，并控制该夹紧位 置或/及其移动速度；上述加热机构配置在上述可动辊模的输 入侧、且配置在上述金属材料的外周，将上述金属材料局部加 热至可产生塑性变形且可进行淬火的温度区域；上述冷却机构 配置在可动旋转模的输入侧、且配置在上述金属材料的外周， 对加热部被施加了弯矩的上述金属材料进行急速冷却。

另外，本发明的弯曲加工设备列的特征在于，为了将被作 为被加工材料供给的圆管高效率且廉价地制造成弯曲加工产 品，在电焊钢管制造生产线的输出侧连续地配置本发明所规定 的金属材料的弯曲加工装置，该电焊钢管制造生产线具有开卷 机、成形机构、熔接机构、和后处理机构；该开卷机连续地放 出带状钢板；该成形机构将放出的带状钢板成形为规定截面形 状的管；该熔接机构将对接的带状钢板的两侧缘熔接而形成连 续的管；该后处理机构进行焊缝切削，并根据需要进行后退火、 或对其进行整形。

另外，本发明的弯曲加工设备列的特征在于，为了将被作 为被加工材料供给的开放截面材料高效率且廉价地制造成弯曲 加工产品，在辊轧成形生产线的输出侧连续地配置本发明所规 定的金属材料的弯曲加工装置，该辊轧成形生产线具有开卷机 和成形机构；该开卷机连续地放出带状钢板；该成形机构将放 出的带状钢板成形为规定截面形状。

另外，本发明的弯曲加工产品的特征在于，通过上述金属 材料的弯曲加工方法、或通过使用上述金属材料的弯曲加工装 置对上述金属材料进行加工热处理，从而本发明的弯曲加工产 品的拉伸强度为900MPa以上。

采用本发明的金属材料的弯曲加工方法及弯曲加工装置、 以及弯曲加工设备列，即使在要求复杂的弯曲形状，加工出金 属材料为弯曲方向在2维度上不同的连续弯曲(例如，S字弯 曲)、或弯曲方向在3维度上不同的连续弯曲的情况下，甚至即 使在需要对高强度的金属材料进行弯曲加工的情况下，金属材 料也可以被均匀地冷却，因此可以高效率且廉价地获得尽管强 度高但形状冻结性也很好的、具有规定的硬度分布的金属材料。

而且，由于可动辊模以可旋转的方式夹紧金属材料，因此 可以抑制产生于模具表面的烧伤，并可以确保弯曲加工精度， 并且可以进行作业效率优良的贯穿弯曲加工。由此，可以作为 进一步高度化的汽车部件的弯曲加工技术而广泛应用。

附图说明

图1是表示本发明的用于实施贯穿弯曲加工的弯曲加工装 置的整体构造的图。

图2是表示可以用作本发明的金属材料的被加工材料的截 面形状的图，(a)表示以辊轧成形法等制造的开放截面材料的 通道，(b)表示用挤压加工制造的异型截面材料的通道。

图3是表示可以用作本发明的支承机构的支承引导件的构 成例子的图，(a)表示支承引导件及其所具有的旋转机构的截 面构造，(b)以立体图表示支承引导件的外观构造。

图4是说明本发明的弯曲加工装置的主要加工部分的装置 构造的图。

图5是表示本发明的弯曲加工装置所采用的加热装置及冷 却装置的概略构成例子的图。

图6是表示为了确保厚壁材料的冷却速度而装入到封闭截 面材料(金属管材)内表面中的心轴的构造的图。

图7是说明用于使本发明的弯曲加工装置所采用的可动辊 模沿上下方向及左右方向移动的移位机构、以及用于使可动辊 模在周向上旋转的旋转机构的构成例子的图。

图8是说明用于使本发明的弯曲加工装置所采用的可动辊 模沿前后方向移动的移动机构的作用的图。

图9是表示本发明的弯曲加工装置所采用的可动辊模的形 状例子的图，(a)是表示在金属材料为圆管等封闭截面材料时 可动辊模由2根辊构成的形状，(b)是表示在金属材料为矩形 管等的封闭截面材料、或通道(一面开口)等开放截面材料时 可动辊模由2根辊构成的形状，(c)是表示在金属材料为矩形管 等封闭截面材料、或通道等异型截面材料时可动辊模由4根辊 构成的形状。

图10是说明使用预热装置对金属材料进行不均匀加热时 的作用的图。

图11是表示可应用于本发明的弯曲加工装置的关节型机 器人的整体构造及配置的图。

图12是表示应用于本发明的弯曲加工装置的关节型机器 人的其他构成例子的图。

图13是表示用于制造被加工材料的电焊钢管(electrical resistance welded steel pipe)制造生产线的整体构造的图。

图14是表示用于制造被加工材料的辊轧成形生产线的整 体构造的图。

具体实施方式

将本发明的实施方式区分为整体构成及支承机构的构成 例、加工部的构成及加热、冷却装置的构成例子、可动辊模的 构成、预热机构及其作用、关节型机器人的构造配置、以及弯 曲加工设备列的特征，根据附图进行说明。

1.整体构成及支承机构的构成例子

图1是表示本发明的用于实施贯穿弯曲加工的弯曲加工装 置的整体构成的图。本发明的弯曲加工是一边从上游侧逐次或 连续地挤出被支承机构2可旋转地保持着的被加工材料、即金 属材料1，一边在支承机构2的下游侧对其进行弯曲加工的贯穿 弯曲加工方法。

图1所示的金属材料1的截面形状为圆形(圆管)，但并不 限定于此，可以应用由各种截面形状构成的被加工材料。例如， 除了图1所示的圆形(圆管)之外，可以应用具有矩形、梯形 或者复杂的形状的封闭截面材料、以辊轧成形法等制造的开放 截面材料(通道)、用挤压加工制造的异型截面材料(通道)、 或者由各种截面形状构成的棒材(圆棒、方形棒、异型棒)等。

图2是表示可用作本发明的金属材料的被加工材料的截面 形状的图，(a)表示以辊轧成形法等制造的开放截面材料的通 道，(b)表示用挤压加工制造的异型截面材料的通道。在本发 明的弯曲加工装置中，需要根据应用的金属材料的截面形状设 计可动辊模和支承机构的形状。

图1所示的装置构成，配置有用于可旋转地保持金属材料1 的两对支承机构2，并在其上游侧配置有逐次或连续地进给移 动金属材料1的挤压装置3，另一方面，在两对支承机构2的下 游侧配置有用于夹紧金属材料1、并控制该夹紧位置或/及移 动速度的可动辊模4。而且，在可动辊模4的输入侧配置有高频 加热线圈5和冷却装置6，高频加热线圈5配置在金属材料1的外 周，并对其进行局部加热，冷却装置6用于对加热部被施加了 弯矩的金属材料1进行急速冷却。

由于在图1所示的装置中应用了截面形状为圆形(圆管) 的金属材料，因此将支承辊用作支承机构2，但是并不限定于 此，可以根据所使用的金属材料的截面形状而采用支承引导件。 另外，如图1所示，即使在采用支承辊的情况下，也并不限定 为由两对支承辊构成支承机构2，可以由1对或大于两对的多对 支承辊构成支承机构2。

图3是表示可以用作本发明的支承机构的支承引导件的构 成例子的图，(a)表示支承引导件及其所具有的旋转机构的截 面构造，(b)以立体图表示支承引导件的外观构造。图3所示 的支承引导件2是将四方管1用作被加工材料，并以可使其旋转 的方式将其保持的构造，但由于其靠近加热机构(上述图1所 示的高频加热线圈5)设置，因此设置了防止加热的机构。作 为防止加热的机构，可以由非磁性材料制造而成，如图3(b) 所示，将该防止加热的机构分割成2部分或更多部分，在被分 割的部位安装特氟隆(注册商标)等绝缘物的方法对于防止加 热是有效的。

设有直接连接于支承引导件2、并由驱动用电动机10及旋 转齿轮10a构成的旋转机构，如后述那样，支承引导件2可与挤 压装置的旋转同步地沿周向旋转，从而可以在使金属材料1扭 转变形时施加精度较高的变形。

在本发明的弯曲加工装置中，图1所示的支承辊、及图3所 示的支承引导件均可用作金属材料1的支承机构，但为了符合 以下的说明，表示将圆管用作金属材料，并采用支承辊的情况 下的实施方式及其作用。但在本发明中，不言而喻，在替代圆 管而将其他的封闭截面材料、开放截面材料、异型截面材料或 棒材用作金属材料的情况下，或替代支承辊而采用支承引导件 的情况下，也可以获得同样的作用。

2.加工部的构成及加热、冷却装置的构成例子

图4是说明本发明的弯曲加工装置的主要加工部分的装置 构造的图。配置有用于保持金属材料1的两对支承辊2，并在其 下游侧配置有可动辊模4，在可动辊模4的输入侧配置有高频加 热线圈5和冷却装置6。并且，预热装置5a设在两对支承辊2之 间，润滑剂的供给装置8配置在紧邻可动辊模输入侧的位置。

在图4所示的装置构造中，用可动辊模4夹紧通过了两对支 承辊2的金属材料1，在控制该夹紧位置或/及移动速度的同 时，使用配置于金属材料1外周的高频加热线圈5及冷却装置6， 对金属材料1进行局部加热而对其进行弯曲加工，然后对其进 行急速冷却。在进行该弯曲加工时，通过了支承辊2的金属材 料1被高频加热线圈5加热，从而使被可动辊模4进行弯曲加工 的金属材料1的弯曲加工部的屈服点降低，变形阻力降低，因 此容易对金属材料1进行弯曲加工。

并且，由于可动辊模4以可动辊型方式夹紧金属材料1，即 使对于加热后的金属材料1，也可以抑制在模具表面产生烧伤。 而且，由于向可动辊模供给润滑剂，因此即使在卷入了产生于 金属材料1的加热部的氧化皮的情况下，也可以通过对模具表 面的润滑作用减少发生烧伤。

另外，在本发明的弯曲加工装置之中，由于可以向可动辊 模4供给冷却流体，所以可动辊模4可被冷却流体冷却，因此可 以防止可动辊模的强度降低，防止由可动辊模的热膨胀导致的 加工精度的降低，并且防止在可动辊模表面产生烧伤。

图5是表示本发明的弯曲加工装置所采用的加热装置及冷 却装置的概略构成例子的图。在应形成加热部的金属材料的外 周配置环状的高频加热线圈5，而将金属材料局部加热至可产 生塑性变形的温度。接着，在利用可动辊模的作用对加热部施 加了弯矩之后，由冷却装置6喷射冷却介质而进行淬火。高频 加热前的金属材料被两对支承辊所保持。在本例子中，表示了 使加热装置和冷却装置一体化的例子，当然，也可以分别配备 加热线圈和冷却装置。

采用这样的方法，可以将金属材料逐次连续地加热至A₃相 变点以上、且组织不会粗粒化的温度，并且使用可动辊模使局 部的加热部塑性变形，之后立即对其喷射冷却介质，从而可以 确保100℃/sec以上的冷却速度。

因此，被实施了弯曲加工的金属材料可以确保优良的形状 冻结性及稳定的质量。例如，即使在将低强度的金属原材料作 为初始材料而对其进行弯曲加工的情况下，可以用均匀的淬火 提高强度，从而获得拉伸强度为900MPa以上的金属材料、以 及相当于1300MPa级以上的金属材料。

在金属材料为厚壁时，有时难以确保100℃/sec以上的冷 却速度，在金属材料为圆管、矩形管或梯形管等封闭截面材料 (金属管材)时，可以将心轴装入封闭截面材料的内表面来作 为冷却机构。

图6是表示为了确保厚壁材料的冷却速度而装入到封闭截 面材料(金属管材)的内表面中的心轴的构造的图。在封闭截 面材料为厚壁时，将心轴6a装入其内表面来作为冷却机构，可 以与配置于金属材料1外周的冷却机构6同步地供给冷却介质， 以确保冷却速度。在这种情况下，只要以液体或喷雾冷却金属 材料1的内表面即可，优选是以非磁性体或耐火物质制作心轴 6a。

在本发明的弯曲加工装置中，优选使由冷却机构6供给的 冷却介质以水为主要成分，并含有防锈剂。在加工装置的滑动 部被供给的冷却水浸湿时，在冷却水中不含有防锈剂的情况下 会生锈，而可成为装置的致命缺陷，因此在冷却水中含有防锈 剂的方法从保护机械的方面考虑是有效的。

并且，优选使由冷却机构供给的冷却介质以水为主要成分， 并含有淬火剂。例如，作为淬火剂公知有一种混入了有机高分 子剂的物质。通过混入规定浓度的淬火剂，可以调整冷却速度， 而确保稳定的淬火性能。

3.可动辊模的构成

图7是说明用于使本发明的弯曲加工装置所采用的可动辊 模沿上下方向及左右方向移动的移位机构、以及用于使其在周 向上旋转的旋转机构的构成例子的图。作为被加工材料的金属 材料(圆管)1被由4根辊构成的可动辊模4夹紧。沿上下方向 移动的移位机构由驱动电动机8驱动，沿左右方向移动的移位 机构由驱动电动机9驱动。另外，沿轴向移动的旋转机构由驱 动电动机10驱动。

在图7中，未表示用于使可动辊模4向上下方向及左右方向 倾斜的倾斜机构的构造，但对于本发明所采用的倾斜机构的构 造不必进行特别的限定，只要是惯用的构造即可。

图8是说明用于使本发明的弯曲加工装置所采用的可动辊 模沿前后方向移动的移动机构的作用的图。如图8所示，在将 臂长(金属材料的加工长度)设为L时，弯曲加工所需要的弯 矩M由下记(A)式决定。

M＝P×L＝P×Rsinθ... (A)

因此，臂长L越大，作用于夹紧辊(可动辊模)4的力P越 小。即，当以弯曲半径自小直径至大直径的加工范围为对象时， 在未使可动辊模4沿前后方向移动的情况下，用于对弯曲半径 为小直径的金属材料1进行加工的加工力P被设备制约。因此， 配合对弯曲半径为小直径的金属材料1进行的加工而取较大的 臂长L时，在对弯曲半径为大直径的金属材料进行加工时，可 动辊模的移位机构及倾斜机构需要较大的行程，加工装置大型 化。

另一方面，考虑到加工装置的停止精度和容许误差(工作 间隙)的情况，在缩短了臂长L时，加工精度变差。因此，若 根据金属材料1的弯曲半径使可动辊模4沿前后方向移动，则可 以选择最佳臂长L，从而可以扩大加工范围。而且，在这种情 况下，不会使加工装置大型化，就可以充分地确保加工精度。

同样，在本发明的弯曲加工装置中，可以具有也使高频加 热装置及冷却装置分别单独地或共同地沿前后方向移动的移动 机构。由此，在可以确保该高频加热装置及冷却装置与可动辊 模的同步性的基础上，可以在开始弯曲加工时对金属管前端进 行加热，并且可以改善安装、拆卸金属管时的作业性及操作性。

图9是表示本发明的弯曲加工装置所采用的可动辊模的形 状例子的图，(a)是表示在金属材料为圆管等封闭截面材料时 可动辊模由2根辊构成的形状，(b)是表示在金属材料为矩形 管等封闭截面材料、或通道等开放截面材料时可动辊模由2根 辊构成的形状，(c)是表示在金属材料为矩形管等封闭截面材 料、或通道等异型截面材料时可动辊模由4根辊构成的形状。

如图9所示，可以根据金属材料1的截面形状设计可动辊模 4的辊型方式，除了由2根辊或4根辊构成之外，可以由3根辊构 成可动辊模。通常，可以将进行弯曲加工的金属材料的截面形 状做成具有圆形、矩形、梯形或复杂形状的封闭截面形状、通 过辊轧成形法等制成的开放截面形状、或通过挤压加工制成的 异型截面形状，但如图9(c)所示，在金属材料1的截面形状 实质上为矩形的情况下，优选由4根辊构成可动辊模。

如上述图7所示，在本发明的加工装置中，为了对金属材 料施加扭转变形，可以在可动辊模4上设置在周向上旋转的旋 转机构。同时，虽未在上述图1中表示，但挤压装置3可以设置 可把持金属材料1而使其在周向上旋转的夹紧机构7，而具有旋 转机构。

因此，在用本发明的加工装置对金属材料施加扭转变形时， 可以采用这两种方式：使用可动辊模的旋转机构使金属材料的 前端部扭转变形的方式；使用挤压装置的旋转机构使金属材料 的后端部扭转变形的方式。通常，采用使用挤压装置的旋转机 构的方式时会成为小型的装置构造，对此，如上述图7所示， 对于使用可动辊模的旋转机构的方式，存在装置构造大规模化 的可能，但无论是哪种方法，都可以对金属材料施加扭转变形。

在本发明的弯曲加工装置中，还在支承机构(支承辊、或 支承引导件)设有在周向上旋转的旋转机构，从而可以与挤压 进给装置的旋转同步地使金属材料在周向上旋转。在金属材料 扭转变形时，无论采用使用可动辊模的旋转机构使金属材料的 前端部扭转变形的方式、或使用挤压装置的旋转机构使金属材 料的后端部扭转变形的方式中的任一种，都可以通过支承机构 的同步旋转对金属材料施加高精度的扭转变形。

在本发明的弯曲加工装置中，还在可动辊模上装备了辊的 驱动旋转机构，从而可以根据上述挤压进给装置的进给量，由 驱动电动机等驱动该辊而使其旋转。即，若缓和作用于弯曲加 工部分的压缩应力，并根据挤压进给装置的进给量控制可动辊 模的辊旋转速度，使得与其同步，则也可以对弯曲加工部分施 加拉伸应力，扩大了可进行弯曲加工的范围，也可以提高产品 的加工精度。

4.预热机构及其作用

在本发明的弯曲加工装置中，在加热装置的上游侧具有预 热装置，在预热装置中，可以对金属材料进行二段或更多段的 加热、或不均匀加热。在对于预热手段使用多段加热的情况下， 可以分散金属材料的加热负荷，从而可以提高弯曲加工效率。

图10是说明使用预热装置对金属材料进行不均匀加热时 的作用的图。作为预热装置，在使用预热用高频加热线圈5a对 金属材料1进行不均匀加热时，根据由可动辊模决定的金属材 料的弯曲方向，使金属材料1在预热用高频加热线圈5a内偏置， 控制金属材料1的加热部的温度，以使其弯曲内表面侧的温度 低于弯曲外表面侧的温度。

具体地说，在图10中，使金属材料1的A侧靠近预热用高频 加热线圈5a，而使相当于弯曲外表面侧的A侧的外表面温度高 于相当于弯曲内表面侧的B侧的外表面温度。通过这样地构成 金属材料1的加热部，可以有效地防止产生于弯曲的内表面侧 的褶皱和产生于弯曲的外表面侧的裂纹。

在本发明的弯曲加工装置中，可以向可动辊模供给润滑剂。 由此，即使在可动辊模卷入了产生于金属材料的加热部的氧化 皮的情况下，也可以通过润滑作用减少发生表面烧伤。

同样，在本发明的弯曲加工装置中，可以向可动辊模供给 冷却流体。在可动辊模的内部的、且在夹紧金属材料的部位的 附近设置冷却配管，向可动辊模供给冷却流体，从而由冷却流 体冷却可动辊模，因此可以防止可动辊模的强度降低，防止由 可动辊模的热膨胀引起的加工精度的降低，并且防止在可动辊 模表面产生烧伤。

5.关节型机器人的构造配置

图11是表示可应用于本发明的弯曲加工装置的关节型机 器人的整体构造及配置的图。如图11所示，可以在弯曲加工装 置的下游侧配置可动辊模4用的关节型机器人11。

可动辊模用的关节型机器人11的构造为，具有固定于作业 面的固定面12、3根臂13、14、15、和3个关节16、17、18，3 个关节16、17、18连接各臂13、14、15，且可绕轴转动。而 且，可动辊模4安装在关节型机器人11的前端的臂15上。

图12是表示应用于本发明的弯曲加工装置的关节型机器 人的其他构成例子的图。在上述图11所示的弯曲加工装置中， 仅配置有可动辊模用的关节型机器人，但可以同时一并设置加 热装置及冷却装置用关节型机器人11。通过一并设置关节型机 器人，可以进一步提高弯曲加工的效率。

在本发明的弯曲加工装置中，至少设置1个以上的、具有3 个可绕轴转动的关节的关节型机器人，从而可以在对金属材料 进行弯曲加工时，将可动辊模4上的移位机构、倾斜机构及移 动机构所进行的伸缩、旋转、平移等动作，即合计6种的操纵 装置所进行的动作设为基于控制信号的一连串的动作。由此， 可提高弯曲加工的效率，并可使加工装置小型化。

6.弯曲加工设备列

如上所述，作为被提供给本发明的弯曲加工装置的被加工 材料，可以使用具有圆形等形状的封闭截面材料、或开放截面 材料。以往大多将电焊钢管用作圆管的封闭截面材料，同时大 多将辊轧成形的钢材用作开放截面材料。

图13是表示用于制造被加工材料的电焊钢管制造生产线 的整体构造的图。电焊钢管制造生产线19是用于将带状钢板20 制成钢管的装置。作为为此而做成的装置构造，连续地设有开 卷机21、成形机构22、熔接机构23、后处理机构24和切断机构 25；开卷机21自带状钢板辊连续地放出带状钢板20；成形机构 22具有多根辊成形机，该辊成形机使放出的带状钢板20成形为 规定截面形状的管；熔接机构23具有熔接机，该熔接机将形成 为管状而相互对接的带状钢板的两侧缘熔接而形成连续的管； 后处理机构24具有焊缝切削装置及后退火装置 (post-annealing)，进一步将连续的管做成所需要的尺寸；切 断机构25具有将该被做成所需要尺寸的管切断为所需要的长 度的移动式切断机。

图14是表示用于制造被加工材料的辊轧成形生产线的整 体构造的图。辊轧成形生产线26是用于使带状钢板20成形为规 定形状的装置。因此，由开卷机21、成形机构27和切断机构28 构成；开卷机21卷绕着作为金属材料的带状钢板20，并放出该 带状钢板20；成形机构27具有辊成形机，该辊成形机使由该开 卷机21放出的带状钢板20成形为规定形状；切断机构28具有移 动式切断机，该移动式切断机将通过该成形机成形为规定形状 的带状钢板20连续地切断成规定的长度尺寸。

利用图13所示的电焊钢管制造生产线19或图14所示的辊 轧成形生产线26制造出的被加工材料被作为加工用的金属材 料供给到弯曲加工装置，但在各生产线和装置分离而独立时， 因生产线和装置之间的处理速度的差异，需要确保贮存被加工 材料的场所。另外，由于需要在各个生产线和装置之间搬运被 加工材料，因此需要设置起重机、卡车等的辅助搬运设备及机 构。

在本发明的弯曲加工装置中，通过在上述电焊钢管制造生 产线19或辊轧成形生产线26的输出侧连续地配置，可以使自供 给被加工材料到弯曲加工装置为止的整体的设备列小型化，并 且通过适当地设定操作条件，可以高效率且廉价地制造出精度 优良的弯曲加工产品。

产业可利用性

采用本发明的金属材料的弯曲加工方法及弯曲加工装置、 以及弯曲加工设备列，即使在要求复杂形状，加工出金属材料 为弯曲方向在2维度上不同的连续弯曲(例如，S字弯曲)、或 弯曲方向在3维度上不同的连续弯曲的情况下，甚至即使在需 要对高强度的金属材料进行弯曲加工的情况下，金属材料也可 以被均匀地冷却，因此可以高效率且廉价地获得尽管强度高形 状冻结性也很好的、具有均匀的硬度分布的金属材料。

而且，由于可动辊模以可旋转的方式夹紧金属材料，可以 抑制产生于模具表面的烧伤，因此可以确保弯曲加工精度，并 且可以进行作业效率优良的贯穿弯曲加工。由此，可以作为进 一步高度化的汽车部件的弯曲加工技术而广泛地应用。