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JP6422390B2 - Apparatus and method for producing bent steel by three-dimensional hot bending and quenching - Google Patents

Apparatus and method for producing bent steel by three-dimensional hot bending and quenching Download PDF

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JP6422390B2
JP6422390B2 JP2015081128A JP2015081128A JP6422390B2 JP 6422390 B2 JP6422390 B2 JP 6422390B2 JP 2015081128 A JP2015081128 A JP 2015081128A JP 2015081128 A JP2015081128 A JP 2015081128A JP 6422390 B2 JP6422390 B2 JP 6422390B2
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Description

本発明は、三次元熱間曲げ焼入れ(3DQ:3 Dimensional Hot Bending and Quench)による曲げ鋼材の製造装置および製造方法に関し、具体的には、素材である鋼材の反りにばらつきがあっても所望の寸法精度(加工精度)を有する曲げ鋼材を量産できる、三次元熱間曲げ焼入れによる曲げ鋼材の製造装置および製造方法に関する。   The present invention relates to a bending steel material manufacturing apparatus and manufacturing method by three-dimensional hot bending and quenching (3DQ), and specifically, even if there is a variation in warpage of the steel material, the desired material is desired. The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a bent steel material by three-dimensional hot bending quenching, which can mass-produce a bent steel material having dimensional accuracy (processing accuracy).

特許文献1には、図7に概要を示す三次元熱間曲げ焼入れ装置1(以下、後述する図7Bの三次元熱間曲げ焼入れ装置もあわせて「3DQ装置」ともいい、これら3DQ装置による三次元熱間曲げ焼入れを「3DQ」と略記する)が開示されている。 Patent Document 1, the quenching apparatus 1 bent between three-dimensional thermal outlined in Figure 7 A (hereinafter together even while bending hardening apparatus three-dimensional heat of Figure 7B to be described later is also referred to as "3DQ device", with these 3DQ device 3D hot bending quenching is abbreviated as “3DQ”).

図7Aに示すように、閉じた横断面を有する中空の鋼材である被加工材2(以降の説明では鋼管を例にとる)を、所定の位置に固定配置された位置決め装置(支持ロール)3により位置決めしながら、送り装置4により鋼管2の軸方向(図7A中の矢印が示す方向)へ送る。   As shown in FIG. 7A, a positioning device (support roll) 3 in which a workpiece 2 (a steel pipe is taken as an example in the following description) that is a hollow steel material having a closed cross section is fixedly arranged at a predetermined position. While the positioning is performed, the feeding device 4 feeds the steel pipe 2 in the axial direction (the direction indicated by the arrow in FIG. 7A).

位置決め装置3より鋼管2の送り方向の下流側(本明細書では、単に「下流側」とも称し、反対の位置関係を単に「上流側」とも称する。)には、鋼管2をその周囲から加熱する環状の高周波誘導加熱コイル5(以下、単に「コイル」ともいう。)が配置される。コイル5を懸垂支持するブスバー(フィーダ)6からコイル5へ高周波電力を供給して、送られる鋼管2をAc点以上の焼入れ可能温度域に短時間(2秒程度)で急速に加熱する。コイル5の直ぐ下流側に配置された環状の水冷装置7から、加熱された鋼管2の外周面に冷却水を噴射して鋼管2を焼入れる。図7Aにおける符号6−1は、ブスバー6を介してコイル5へ供給する高周波電力を発生する変成器を示す。 On the downstream side in the feed direction of the steel pipe 2 from the positioning device 3 (in this specification, simply referred to as “downstream side”, and the opposite positional relationship is also referred to as “upstream side”), the steel pipe 2 is heated from its surroundings. An annular high frequency induction heating coil 5 (hereinafter also simply referred to as “coil”) is disposed. High-frequency power is supplied to the coil 5 from a bus bar (feeder) 6 that suspends and supports the coil 5, and the steel pipe 2 to be fed is rapidly heated in a quenchable temperature range of Ac 3 points or more in a short time (about 2 seconds). Cooling water is injected onto the outer peripheral surface of the heated steel pipe 2 from the annular water cooling device 7 disposed immediately downstream of the coil 5 to quench the steel pipe 2. Reference numeral 6-1 in FIG. 7A denotes a transformer that generates high-frequency power to be supplied to the coil 5 via the bus bar 6.

コイル5で加熱されてから水冷装置7で冷却されるまでの間に鋼管2に形成される高温部(加熱される部分)2aを、水冷装置7よりも下流側において可動ローラダイス8−2の位置を連続的または断続的に制御することにより鋼管2を曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼管2に熱間加工を行って焼入れられた曲げ鋼材9を製造する。   The high temperature part (heated part) 2a formed in the steel pipe 2 after being heated by the coil 5 until being cooled by the water cooling device 7 is disposed downstream of the water cooling device 7 by the movable roller die 8-2. By bending or shearing the steel pipe 2 by controlling the position continuously or intermittently, the steel pipe 2 is hot worked to produce a bent steel material 9 that is quenched.

図7Aの三次元熱間曲げ焼入れ装置は、鋼管2の送り方向に対して水平方向のみならず垂直方向にも可動ローラダイス8−2を製造する部材の形状に応じて傾けることができるため、一つの部材の中で曲げの方向が変化する曲げ部材も製造することができる。 Hardening apparatus bent between three-dimensional heat of Figure 7A 1, since it is possible to tilt according to the shape of the member to produce a movable roller die 8-2 in the vertical direction as well as horizontally only to the feed direction of the steel pipe 2 A bending member in which the bending direction changes in one member can also be manufactured.

図7Bに別の三次元熱間曲げ焼入れ装置0を示す。図7Bの三次元熱間曲げ焼入れ装置0は水冷装置7よりも下流側において鋼管2を加工チャック8−1で把持し、加工チャック8−1の位置を変位させることにより、コイル5と水冷装置7の間の局所的に高温になった結果軟化した鋼管2を曲げ変形させる。加工チャック8−1は例えば左右といった加熱装置5に鋼管2を送る方向を含む平面内のみならず上下を含む空間内にも変位可能であるため、一つの部材の中で曲げの大きさや方向が変化する曲げ部材も製造することができる。   FIG. 7B shows another three-dimensional hot bending quenching apparatus 0. The three-dimensional hot bending and quenching apparatus 0 of FIG. 7B grips the steel pipe 2 with the processing chuck 8-1 on the downstream side of the water cooling apparatus 7 and displaces the position of the processing chuck 8-1 to thereby change the coil 5 and the water cooling apparatus. The steel pipe 2 softened as a result of the local high temperature between 7 is bent and deformed. Since the processing chuck 8-1 can be displaced not only in a plane including the direction of feeding the steel pipe 2 to the heating device 5 such as left and right, but also in a space including the top and bottom, the magnitude and direction of bending in one member can be changed. Changing bending members can also be produced.

図7A,図7Bのいずれの三次元熱間曲げ焼入れ装置1,0においても加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2は、加工プログラムにより規定される軌道を予め入力された例えば多関節型の産業用ロボット8−3により支持され、産業用ロボット8−3が加工ローラダイスまたは加工チャックの軌道を再生することにより、所望の形状を有する曲げ鋼材9が製造される。 Figure 7A, machining chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 also in the hardening device 1, 0 bending during any three-dimensional heat of FIG. 7B, the track advance input for example articulated defined by the machining program The bending steel material 9 having a desired shape is manufactured by the industrial robot 8-3 reproducing the track of the processing roller die or the processing chuck.

3DQ装置1により曲げ鋼材9を量産する場合、これまでは、全ての鋼管2に対して同一の加工プログラムにより産業用ロボットを動作させて加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2の軌道を再生して、鋼管2に三次元熱間曲げ焼入れを行っていた。これにより、例えば自動車の構成部材の素材として用いられる曲げ鋼材9に要求される高い寸法精度(加工精度)を十分に確保することができていた。   In the case of mass production of the bent steel material 9 by the 3DQ apparatus 1, until now, the industrial robot is operated with respect to all the steel pipes 2 by the same machining program, and the track of the machining chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 is moved. The steel pipe 2 was regenerated and subjected to three-dimensional hot bending quenching. Thereby, the high dimensional accuracy (processing accuracy) requested | required of the bending steel material 9 used as a raw material of the structural member of a motor vehicle, for example was able to be ensured enough.

国際公開第2006/093006号パンフレットInternational Publication No. 2006/093006 Pamphlet

しかし、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、3DQ装置1における加工素材である鋼管2が、例えば、円形断面の鋼管にロール成形を行って製造される矩形断面の長尺の異形鋼管(例えば全長7m)から切り出された短尺の異形鋼管(例えば全長2m)であると、長尺の異形鋼管のロットや長尺の異形鋼管からの切り出し位置に応じて、3DQ装置1により量産された曲げ鋼材9の寸法精度(加工精度)が低下することが判明した。   However, as a result of intensive studies by the present inventors, the steel pipe 2 which is a processed material in the 3DQ apparatus 1 is, for example, a long-shaped rectangular steel pipe with a rectangular cross-section manufactured by roll forming a steel pipe with a circular cross-section ( For example, a short deformed steel pipe cut out from a total length of 7 m (for example, a total length of 2 m) is bent by mass production by the 3DQ apparatus 1 according to the length of the long deformed steel pipe or the cutting position from the long deformed steel pipe. It has been found that the dimensional accuracy (processing accuracy) of the steel material 9 is lowered.

曲げ鋼材9が自動車部品の中でも例えば±0.5mmの許容公差といった特に厳しい寸法公差を要求される部品(例えば、各種ピラー類,足回り部品,シート部品,ドアインパクトビーム)の素材として用いられる場合には、この許容公差を満足できず、生産性および歩留まりの低下、さらには製造コストの上昇の原因を生じる。   When the bent steel material 9 is used as a material for parts (for example, various pillars, undercarriage parts, seat parts, door impact beams) that require a particularly severe dimensional tolerance, such as an allowable tolerance of ± 0.5 mm, among automobile parts. However, this tolerance cannot be satisfied, resulting in a decrease in productivity and yield, and an increase in manufacturing cost.

つまり、許容公差が比較的厳しくない場合には何ら問題なく上記許容公差を有する曲げ鋼材9を量産することが可能であったものの、鋼管2が、例えば、円形断面の鋼管にロール成形を行って製造される矩形断面の長尺の異形鋼管(例えば全長7m)から切り出された短尺の異形鋼管(例えば全長2m)である場合には、上記許容公差を満足できないという、本願出願前には知られていなかった新たな課題があることが判明した。このため、特許文献1には、当然のことながら、この新たな課題やその解決手段は開示も示唆もされていない。   That is, when the allowable tolerance is not comparatively strict, it is possible to mass-produce the bent steel material 9 having the allowable tolerance without any problem. However, the steel pipe 2 is formed by, for example, rolling a steel pipe having a circular cross section. It is known before the filing of the present application that the tolerance is not satisfied in the case of a short deformed steel pipe (for example, 2 m in total length) cut out from a long deformed steel pipe having a rectangular cross section to be manufactured (for example, a total length of 7 m). It turned out that there was a new problem that was not. Therefore, as a matter of course, Patent Document 1 does not disclose or suggest this new problem or its solution.

本発明は、従来の技術が有する新規な課題に鑑みてなされたものであり、異形鋼管を素材として3DQにより例えば±0.5mmの許容公差といった特に厳しい寸法公差を満足する曲げ鋼材を安定して量産できる曲げ鋼材の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。換言すれば、本発明の目的は、3DQ装置により量産される曲げ鋼材の許容公差を例えば±0.5mmに収めることができる曲げ鋼材の製造装置および製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the new problems of the prior art, and it is possible to stably produce a bent steel material that satisfies a particularly severe dimensional tolerance such as an allowable tolerance of ± 0.5 mm by 3DQ using a deformed steel pipe as a raw material. It is an object of the present invention to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a bent steel material that can be mass-produced. In other words, an object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a bent steel material that can accommodate an allowable tolerance of, for example, ± 0.5 mm in a bent steel material mass-produced by a 3DQ apparatus.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記の知見A〜Dを得た。   As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the present inventors have obtained knowledge A to D listed below.

(A)鋼管2の素材である矩形断面の長尺の異形鋼管(例えば全長7m)は、円形断面の長尺の鋼管をロール成形して所定の矩形断面に成形する成形ラインを経て製造されるが、この成形ラインを構成する成形ロールは、素材の長手方向へ所定の間隔を有して多数並んで配置される。このため、この成形ラインにおいて円形断面の長尺の鋼管の先端部分は成形ロールに拘束されずに成形されることになるため、この先端部分には微小な反りが不可避的に発生する。一方、円形断面の長尺の鋼管における、先端部分(矩形断面の鋼管において反りを生じた部分)に続く部分にはこのような反りは殆ど発生しない。以下、この反りについて本発明者らが行った試作試験の結果に基づいて具体的に説明する。   (A) A long-shaped deformed steel pipe having a rectangular cross section (for example, a total length of 7 m), which is a material of the steel pipe 2, is manufactured through a forming line that rolls a long steel pipe having a circular cross section into a predetermined rectangular cross section. However, a large number of forming rolls constituting this forming line are arranged side by side with a predetermined interval in the longitudinal direction of the material. For this reason, in this forming line, the tip portion of the long steel pipe having a circular cross section is formed without being constrained by the forming roll, so that a minute warp inevitably occurs in the tip portion. On the other hand, in a long steel pipe having a circular cross section, such a warp hardly occurs in a portion following a tip portion (a portion in which a warp occurs in a steel pipe having a rectangular cross section). Hereinafter, this warping will be described in detail based on the results of a trial test conducted by the present inventors.

図8Aは、本発明者らが行った試作試験において3DQの素材の切り出し状況を示す説明図である。 Figure 8A is an explanatory view showing a cut-out status of the Material of 3DQ in prototype tests conducted by the present inventors.

本発明者らは、図8Aに示すように、円形断面の長尺の鋼管にロール成形を行って得られた、縦42mm,横36mmの長方形断面の全長7mの長尺の異形鋼管の、ロール成形時の先端側を100mm切断した後にさらに3分割して得られる長さ2280mmの鋼管(ロール成形時の先端側に位置するTOP材、ロール成形時の中央に位置するMID材およびロール成形時の後端側に位置するBTM材)を3DQの素材として用い、自動車用部品であるAピラーを試作する試験を、多数の異形鋼管のTOP材、MID材およびBTM材のそれぞれについて行った。 The present inventors, as shown in FIG. 8A, obtained by performing roll forming the steel pipe elongated circular cross-section, vertical 42mm, the lateral 36mm in total length 7m of rectangular cross section elongated profiled steel tube, TOP member positioned on the distal end side of the steel tube (during roll forming of length 2280mm obtained by further 3 divided after 100mm cut tip side at the time of roll forming, MID material and roles molding located in the center at the time of roll forming using BTM material) located on the rear end side of the case as a material for 3DQ, prototype testing a-pillar is an automobile parts, TOP member of a number of profiled steel, was performed on each of the MID substrate contact and BTM material .

Aピラーの全体形状および断面形状を図8Bに示す。試作したAピラーは、姿見と呼ばれる台にシムを挟んで載せられ寸法精度(加工精度)を評価される。姿見は設計通りの正規形状にAピラーが成形されている場合、いずれの測定点でも姿見とAピラーの隙間がシムの厚さになるよう製作されている。   The overall shape and cross-sectional shape of the A pillar are shown in FIG. 8B. The prototype A-pillar is placed on a platform called figure-viewer with a shim sandwiched, and its dimensional accuracy (processing accuracy) is evaluated. When the A-pillar is molded in the regular shape as designed, the gap between the figure and the A-pillar is the thickness of the shim at any measurement point.

図8Bの数字は、Aピラーの長手方向の測定箇所を示し、図8Bの断面図における符号A,Bは、Aピラー断面の測定箇所を示す。Aピラーの寸法精度(加工精度)はそれぞれの測定箇所における姿見とAピラーの間の隙間の大きさとシムの厚さとの乖離から評価される。すなわち、図8Bの全体図に示すように、Aピラーの長手方向に等間隔に17点の測定位置(断面)を設定し、稜線R止まり部で姿見との隙間を測定しシムの厚みを引いたものを正規寸法の差として求めた。この測定では、長手方向の測定位置1,4,7,10,13,16では断面方向Y面、Z面各2点(A,B)を測定し、それ以外の測定位置では各1点(A)のみ測定した。   The numbers in FIG. 8B indicate the measurement points in the longitudinal direction of the A pillar, and the symbols A and B in the cross-sectional view in FIG. 8B indicate the measurement points in the A pillar cross section. The dimensional accuracy (machining accuracy) of the A pillar is evaluated from the difference between the appearance at each measurement location, the size of the gap between the A pillars, and the thickness of the shim. That is, as shown in the overall view of FIG. 8B, 17 measurement positions (cross-sections) are set at equal intervals in the longitudinal direction of the A pillar, and the gap with the appearance is measured at the ridgeline R stop portion to reduce the thickness of the shim. Was obtained as a difference in normal dimensions. In this measurement, two points (A, B) in the cross-sectional direction Y-plane and Z-plane are measured at the measurement positions 1, 4, 7, 10, 13, 16 in the longitudinal direction, and one point ( Only A) was measured.

図9(a)は、TOP材、MID材およびBTM材の図8BのY面における正規形状からの誤差を示すグラフである。図9(a)の測定位置は追加図(側面)の数字と図8BのAまたはBから定義される測定位置を示す。図9(b)も同様に、TOP材、MID材およびBTM材の図8BのZ面における正規形状からの誤差を示すグラフである。正寸からの差異とは、正規形状から逸脱した変位量を示し、Aピラーの測定位置がAピラーの断面外側に変位していれば正、内側であれば負と評価した。   FIG. 9A is a graph showing an error from the normal shape in the Y plane of FIG. 8B of the TOP material, the MID material, and the BTM material. The measurement position in FIG. 9A indicates the measurement position defined from the numbers in the additional figure (side surface) and A or B in FIG. 8B. FIG. 9B is also a graph showing an error from the normal shape in the Z plane of FIG. 8B of the TOP material, the MID material, and the BTM material. The difference from the exact size indicates the amount of displacement deviating from the normal shape. When the measurement position of the A pillar is displaced outside the cross section of the A pillar, it is evaluated as positive, and when it is inside, it is evaluated as negative.

この際、加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2を支持する産業用ロボットの軌道の精度補正をいくら厳重に行っても、図9(a)および図9(b)にグラフで示すように、得られるAピラーのZ面の寸法精度(加工精度)が0.3mm程度変動し、その傾向はおおむね3種類に分類され、1種類は大きく正側に変動するのに対して残りの2種類はそれほど大きな差を生じなかった。   At this time, as shown in the graphs of FIGS. 9A and 9B, no matter how severely the accuracy correction of the trajectory of the industrial robot that supports the machining chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 is performed. In addition, the dimensional accuracy (machining accuracy) of the Z plane of the obtained A pillar varies by about 0.3 mm, and the tendency is roughly classified into three types, and one type greatly changes to the positive side, while the remaining 2 The kind did not make much difference.

本発明者らは、これらの3種類は、長さ2280mmの鋼管からの切り出し位置、すなわちTOP材、MID材およびBTM材に対応するのではないかと考え、さらに調査した結果、TOP材を素材とするAピラーの精度は、MID材,BTM材を素材とするAピラーの精度よりも劣ることが判明した。   The present inventors considered that these three types correspond to the cut-out position from a steel pipe having a length of 2280 mm, that is, TOP material, MID material, and BTM material. It was found that the accuracy of the A-pillar to be inferior to that of the A-pillar made of MID material or BTM material.

上述のように、異形鋼管は、円形断面の長尺の鋼管にロール成形を行って得られるが、このような円形断面から矩形断面へのロール成形の際には、ロール成形時の先端側には成形ロールに拘束されない部位が存在するためにいわば片持ち状態で成形されるために、異形鋼管のロール成形時の先端側には反りが発生することが、知られている。このため、本発明者らは、TOP材、MID材およびBTM材それぞれについて、長手方向について鋼管の側面の変位量の変化を測定した。 As described above, deformed steel tube is obtained by performing roll forming the steel pipe elongated circular cross-section, when from such a circular cross section of the roll forming into rectangular cross-section, the distal end side at the time of roll forming to be speak molded in a cantilever state due to the presence of sites that are not bound by the forming roll in, on the front end side when roll forming profiled steel tube that warpage occurs, is known. For this reason, the present inventors measured the change of the displacement amount of the side surface of the steel pipe in the longitudinal direction for each of the TOP material, the MID material, and the BTM material.

図10A〜図10Dは、Aピラーの素材である異形鋼管のTOP材、MID材およびBTM材それぞれのY面先端側、Y面後端側、Z面先端側、Z面後端側それぞれにおける変位の測定値を示すグラフである。先端側、後端側とはロール成形時にどちらが相対的に先端側、後端側にあったかを意味する。変位量は異形鋼管の真直部の側面を基準に計測した。   10A to 10D show the displacements of the TOP-shaped material, the MID material, and the BTM material of the deformed steel pipe, which is the material of the A pillar, on the Y-surface front end side, Y-surface rear end side, Z-surface front end side, and Z-surface rear end side It is a graph which shows the measured value of. The front end side and the rear end side mean which was relatively on the front end side and the rear end side during roll forming. The displacement was measured based on the straight side of the deformed steel pipe.

図10A〜図10Dのグラフから理解されるように、Z面先端側において変位量の大きい鋼管があることがわかる。これら変位量の大きい鋼管はすべてTOP材であった。   As can be understood from the graphs of FIGS. 10A to 10D, it can be seen that there is a steel pipe having a large amount of displacement on the tip end side of the Z plane. These steel pipes with large displacement were all TOP materials.

さらに、本発明者らは、TOP材を素材として得られたAピラーについてもそれぞれの測定箇所において加工精度(正規形状からの差異)を測定した。   Furthermore, the present inventors also measured the processing accuracy (difference from the normal shape) at each measurement location for the A pillar obtained using the TOP material as a raw material.

図4は、三次元熱間曲げ焼入れ前のTOP材の管端から距離と変位量を示すグラフであり、図5は、三次元熱間曲げ焼入れ後のTOP材のそれぞれの測定箇所における加工精度を示すグラフである。   FIG. 4 is a graph showing the distance and displacement from the tube end of the TOP material before three-dimensional hot bending and quenching, and FIG. 5 shows the processing accuracy at each measurement location of the TOP material after three-dimensional hot bending and quenching. It is a graph which shows.

図4および図5のグラフに示すように、TOP材の素材の管端からの変位量とTOP材からなる曲げ鋼材のそれぞれの測定箇所における加工精度には、いくらかばらつきが存在する。   As shown in the graphs of FIGS. 4 and 5, there is some variation in the amount of displacement from the pipe end of the TOP material and the processing accuracy at each measurement location of the bent steel material made of the TOP material.

変位量の測定のために、本発明者は、TOP材を素材とするAピラーにおけるロール成形時の先端側400mm(この位置は焼き入れ・曲げ加工とも行っていない真直部である)で切断し、先端側400mmの位置を基準に長手方向の変位量を測定した。   In order to measure the amount of displacement, the present inventor cuts at the tip side 400 mm at the time of roll forming in an A-pillar made of TOP material (this position is a straight portion not subjected to quenching or bending). The amount of displacement in the longitudinal direction was measured based on the position of 400 mm on the tip side.

鋼管2が図10Cに示すTOP材のような変位量である場合に、曲げ鋼材9が上記許容公差を満足できない。すなわち、3DQ装置1により製造される曲げ鋼材9が上記許容公差を満足できない理由は、鋼管2に大きな変位が存在することである。この変位により素材となる鋼管が加工チャックに把持される際に僅かな弾性変形を生じ、加熱する際の応力解放が発生する、また加熱コイルや冷却ノズルと素材鋼管とのクリアランスが変動し、真直部のような変位のない素材鋼管と加熱冷却のタイミングが僅かにずれてしまうために、変位のない鋼管を加工した場合と異なる形状になり加工精度が劣ってしまうものと推察される。   When the steel pipe 2 has a displacement amount like the TOP material shown in FIG. 10C, the bent steel material 9 cannot satisfy the allowable tolerance. That is, the reason why the bent steel material 9 manufactured by the 3DQ apparatus 1 cannot satisfy the allowable tolerance is that a large displacement exists in the steel pipe 2. This displacement causes a slight elastic deformation when the material steel pipe is gripped by the processing chuck, and stress release occurs when heating, and the clearance between the heating coil and cooling nozzle and the material steel pipe fluctuates, resulting in straightness. Since the raw steel pipe without displacement such as the part and the timing of heating and cooling are slightly shifted, it is assumed that the shape becomes different from the case of machining the steel pipe without displacement and the machining accuracy is inferior.

(B)そこで、鋼管2に存在する変位量を定量的に把握し、産業用ロボットを動作させて加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2の軌道を再生するための加工プログラムを変位量に応じて変更することにより、3DQ装置1により量産される曲げ鋼材の許容公差を例えば±0.5mmに収めることが可能になる。   (B) Therefore, the amount of displacement existing in the steel pipe 2 is quantitatively grasped, and a machining program for regenerating the trajectory of the machining chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 by operating the industrial robot is displaced. By changing according to the above, it becomes possible to set the tolerance of the bent steel material mass-produced by the 3DQ apparatus 1 within ± 0.5 mm, for example.

すなわち、上述の試作試験の結果から、産業用ロボットを動作させて加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2の軌道を、TOP材,MID材およびBTM材それぞれについて異ならせる(変位量に応じて補正する)ことにより、Aピラーの加工精度を大幅に向上できることがわかる。従来のように、軌道を、TOP材、MID材およびBTM材について変更せずに同じものを使う場合には、最大で0.8mm程度のばらつきが生じるのに対し、軌道を、TOP材,MID材およびBTM材それぞれについて異ならせることにより、ばらつき幅を0.4mm程度まで半減させることが可能になる。   That is, based on the result of the above-described trial test, the industrial robot is operated to change the trajectory of the machining chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 for each of the TOP material, the MID material, and the BTM material (according to the displacement amount). It can be seen that the machining accuracy of the A pillar can be greatly improved. When the same track is used for the TOP material, the MID material, and the BTM material as in the prior art, the maximum variation is about 0.8 mm, whereas the track is changed to the TOP material, MID. By making the material and the BTM material different, the variation width can be halved to about 0.4 mm.

(C)本発明では、簡便のため、鋼管の長手方向に変化する変位を反り量δに置き換え、反り量δに応じて加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2の軌道を補正してもよい。図11は、鋼管2における反り量δの定義を示す説明図である。   (C) In the present invention, for the sake of simplicity, the displacement that changes in the longitudinal direction of the steel pipe is replaced with the warpage amount δ, and the trajectory of the machining chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 is corrected according to the warpage amount δ. Also good. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the definition of the warpage amount δ in the steel pipe 2.

図11に示すように、本発明では、反りの量δは、一方の端部2aから他方の端部2bを向けて真直部分2cおよび真直部分から変位した部分(反り部分)2dを有する鋼管2に対して、反り部分2dにおける変位の変動幅として規定される。なお、鋼管2の長手方向をX軸とした場合、鋼管2の反り量δはY方向(Y面の反り量)とZ方向(Z面の反り量)のいずれの方向についても定義可能である。本発明では、図4においてノイズを除去した変位量グラフの管端における傾き(一階微分)が正である場合を正の反りとして定義する。   As shown in FIG. 11, in the present invention, the amount of warping δ is a steel pipe 2 having a straight part 2c and a part (warping part) 2d displaced from the straight part from one end 2a toward the other end 2b. On the other hand, it is defined as the fluctuation range of displacement in the warped portion 2d. When the longitudinal direction of the steel pipe 2 is the X axis, the warpage amount δ of the steel pipe 2 can be defined in any of the Y direction (Y surface warpage amount) and the Z direction (Z surface warpage amount). . In the present invention, the case where the slope (first derivative) at the tube end of the displacement amount graph from which noise is removed in FIG. 4 is positive is defined as a positive warp.

ばらつきが最も大きい長手方向中央付近(図8Bの測定位置8)における加工精度と反り量δの関係を図12にグラフで示す。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the machining accuracy and the warpage amount δ in the vicinity of the center in the longitudinal direction where the variation is greatest (measurement position 8 in FIG. 8B).

図12のグラフに示すように、反り量δが大きいほど、加工精度の測定値は正側に振れることがわかる。   As shown in the graph of FIG. 12, it can be seen that as the warpage amount δ is larger, the measured value of the machining accuracy is shifted to the positive side.

(D)このように、3DQ装置1で加工を行われる前の鋼管2の変位量あるいは反り量δを定量的に測定しておき、変位量あるいは反り量δを加味して加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2の軌道を修正(補正)して設定してからこの鋼管2に対する加工を行うことにより、上記課題を解決することができる。   (D) As described above, the displacement amount or warpage amount δ of the steel pipe 2 before being processed by the 3DQ apparatus 1 is quantitatively measured, and the machining chuck 8-1 is added with the displacement amount or warpage amount δ taken into account. Or the above-mentioned subject can be solved by processing this steel pipe 2 after correcting (correcting) and setting up the track of movable roller die 8-2.

本発明者らは、これらの知見A〜Dに基づきさらに検討を重ねて本発明を完成した。
本発明は、閉じた多角形の横断面を有するとともに一方の端部から他方の端部に向けて真直部分と曲がった反り部分とを有する中空かつ長尺の鋼材を位置決めしながらその長手方向へ移動させるための位置決め装置と、送られる鋼材から離間して第1の位置に配置されるとともに、鋼材を(焼入れする場合は焼入れ可能温度域に)加熱する加熱装置(例えば高周波誘導加熱コイル)と、第1の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第2の位置に配置されるとともに、鋼材の外周面に冷却媒体を吹き付けることにより鋼材を冷却する冷却装置と、第2の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第3の位置において第1の位置における鋼材の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置されて、位置決め装置とともに加熱される部分を曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼材に加工を行う加工装置と、位置決め装置により位置決めされる前の鋼材の反り量(変位量あるいは反り量δ)を検出する反り検出装置と、該反り検出装置による検出値に基づいて前記加工装置による前記鋼材に対する熱間加工を制御する制御装置とを備えることを特徴とする曲げ鋼材の製造装置である。
The present inventors have further studied based on these findings AD to complete the present invention.
The present invention positions a hollow and long steel material having a closed polygonal cross section and having a straight portion and a bent warped portion from one end portion toward the other end portion in the longitudinal direction. A positioning device for moving, a heating device (for example, a high-frequency induction heating coil) that is disposed at a first position apart from the steel material to be sent and that heats the steel material (to a quenchable temperature range when quenching); A cooling device that is disposed at a second position downstream of the first position in the steel feed direction and cools the steel material by spraying a cooling medium on the outer peripheral surface of the steel material, and the steel material from the second position. In the third position downstream of the feed direction of the steel, the portion heated and moved together with the positioning device is bent not only in the plane including the feed direction of the steel material in the first position but also in the space. By a processing device that processes steel material by deforming or shearing deformation, a warpage detection device that detects the warpage amount (displacement amount or warpage amount δ) of the steel material before being positioned by the positioning device, and the warpage detection device It is a manufacturing apparatus of a bending steel material provided with a control device which controls hot processing to the steel material by the processing device based on a detected value.

別の観点からは、本発明は、閉じた多角形断面を有するとともに一方の端部から他方の端部を向けて真直部分と曲がった反り部分とを有する中空かつ長尺の鋼材を、位置決め装置によって、位置決めしながらその長手方向へ移動させながら、送られる鋼材から離間した第1の位置に配置される加熱装置(例えば高周波誘導加熱コイル)によって、鋼材を(焼入れする場合は焼入れ可能温度域に)加熱するととともに、第1の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第2の位置に配置される冷却装置に設けられた冷却媒体噴射孔から、鋼材の外周面に冷却媒体を吹き付けることにより鋼材を冷却し、第2の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第3の位置において第1の位置における鋼材の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置される加工装置によって、位置決め装置とともに加熱される部分を曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼材に熱間加工を行うことにより曲げ部材を製造する際に、位置決め装置により位置決めされる前の鋼材の反り量(変位量あるいは反り量δ)の検出値に基づいて、鋼材に対する熱間加工を制御することを特徴とする曲げ鋼材の製造方法である。   From another point of view, the present invention provides a positioning device for a hollow and long steel material having a closed polygonal cross section and having a straight portion and a bent warped portion from one end portion to the other end portion. With a heating device (for example, a high frequency induction heating coil) arranged at a first position separated from the steel material to be fed while being moved in the longitudinal direction while positioning, the steel material is brought into a quenchable temperature range when quenching. ) The steel material is heated by blowing the cooling medium to the outer peripheral surface of the steel material from the cooling medium injection hole provided in the cooling device disposed at the second position downstream of the first position in the feed direction of the steel material. And is movably disposed not only in a plane including the steel material feed direction at the first position but also in a space at a third position downstream of the second position in the steel material feed direction. When a bending member is manufactured by performing hot working on a steel material by bending or shearing a portion heated together with the positioning device by a processing device to be warped, the steel material is warped before being positioned by the positioning device. A method for producing a bent steel material, characterized by controlling hot working on a steel material based on a detected value of a quantity (a displacement amount or a warpage amount δ).

これらの本発明では、鋼材が、円形断面の鋼管をロール成形して得られた多角形断面の鋼管から切り出された多角形断面の鋼管であってもよい。   In the present invention, the steel material may be a polygonal cross-section steel pipe cut out from a polygonal cross-section steel pipe obtained by roll forming a circular cross-section steel pipe.

本発明により、3DQにより例えば±0.5mmの許容公差といった特に厳しい寸法公差を満足する曲げ鋼材を安定して量産できる。すなわち、3DQ装置により量産される曲げ鋼材の許容公差を例えば±0.5mmに収めることができる。このように、本発明によれば、3DQ装置による加工を行われる前の素材の寸法精度が低下している場合であっても、3DQ装置により製造される曲げ鋼材の加工精度のバラツキを、実用上問題ない程度に安定して低減し、公差外れの曲げ鋼材が製造されることを顕著に抑制できる。   According to the present invention, it is possible to stably mass-produce a bent steel material satisfying a particularly severe dimensional tolerance such as an allowable tolerance of ± 0.5 mm by 3DQ. That is, the allowable tolerance of the bent steel material mass-produced by the 3DQ apparatus can be set within ± 0.5 mm, for example. As described above, according to the present invention, even when the dimensional accuracy of the material before being processed by the 3DQ device is lowered, the variation in the processing accuracy of the bent steel material manufactured by the 3DQ device is practically used. It is possible to remarkably suppress the production of a bent steel material out of tolerance with a stable reduction to an extent that there is no problem.

図1は、本発明に係る曲げ鋼材の製造装置を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing an apparatus for manufacturing a bent steel material according to the present invention. 図2は、断面四角形の長尺の鋼管から、断面多角形の短尺(例えば全長2m)の3本の鋼管が切り出される状況を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a situation where three steel pipes having a polygonal cross section (for example, a total length of 2 m) are cut out from a long steel pipe having a square cross section. 図3は、曲げ鋼材について正規形状との差異を測定した結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the results of measuring the difference between the bent steel material and the normal shape. 図4は、鋼管(先端部材)について変位量を測定した結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the displacement amount of the steel pipe (tip member). 図5は、鋼管(先端部材)の3DQ加工後の加工精度を測定した結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the results of measuring the processing accuracy after 3DQ processing of a steel pipe (tip member). 図6は、ロボット軌道選択のフローチャートの一例を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an example of a flowchart of robot trajectory selection. 図7Aは、特許文献1により開示された3DQ装置を示す説明図である。FIG. 7A is an explanatory diagram showing a 3DQ device disclosed in Patent Document 1. FIG. 図7Bは、別の3DQ装置を示す説明図である。FIG. 7B is an explanatory diagram showing another 3DQ device. 図8Aは、本発明者らが行った試作試験において3DQの素材の切り出し状況を示す説明図である。FIG. 8A is an explanatory diagram showing a 3DQ material cut-out state in a prototype test conducted by the present inventors. 図8Bは、Aピラーの全体形状および断面形状を示す説明図である。FIG. 8B is an explanatory diagram showing an overall shape and a cross-sectional shape of the A pillar. 図9(a)は、TOP材、MID材およびBTM材のY面(側面)における正規形状からの誤差を示すグラフであり、図9(b)は、TOP材、MID材およびBTM材のZ面(縦面)における正規形状からの誤差を示すグラフである。FIG. 9A is a graph showing an error from the normal shape on the Y surface (side surface) of the TOP material, the MID material, and the BTM material, and FIG. 9B is a Z diagram of the TOP material, the MID material, and the BTM material. It is a graph which shows the error from the regular shape in a field (longitudinal surface). 図10Aは、TOP材、MID材およびBTM材それぞれのY面先端側における変位量の測定値を示すグラフである。FIG. 10A is a graph showing measured values of the displacement amount at the tip end side of the Y surface of each of the TOP material, the MID material, and the BTM material. 図10Bは、TOP材、MID材およびBTM材それぞれのY面後端側における変位量の測定値を示すグラフである。FIG. 10B is a graph showing measured values of the displacement amount on the rear end side of the Y surface of each of the TOP material, the MID material, and the BTM material. 図10Cは、TOP材、MID材およびBTM材それぞれのZ面先端側における変位量の測定値を示すグラフである。FIG. 10C is a graph showing measured values of the displacement amount at the tip end side of the Z surface of each of the TOP material, the MID material, and the BTM material. 図10Dは、TOP材、MID材およびBTM材それぞれのZ面後端側における変位量の測定値を示すグラフである。FIG. 10D is a graph showing measured values of displacement amounts on the Z-plane rear end side of the TOP material, the MID material, and the BTM material. 図11は、鋼管における反り量δの定義を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory view showing the definition of the warpage amount δ in the steel pipe. 図12は、ばらつきが最も大きい長手方向中央付近における反り量δと加工精度との関係を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the warpage amount δ and the machining accuracy in the vicinity of the center in the longitudinal direction where the variation is greatest.

本発明を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係る曲げ鋼材9の製造装置10を示す説明図である。なお、以降の説明では、上述した図7Aあるいは図7Bに示す製造装置1の構成要素と同じ構成要素については、同一の図中符号を付けることにより重複する説明を省略する。
The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing an apparatus 10 for producing a bent steel material 9 according to the present invention. In the following description, the same components as those of the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 7A or FIG. 7B described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1に示すように、製造装置10は、位置決め装置3と、高周波誘導加熱コイル5と、冷却装置7と、加工装置8と、反り検出装置11と、制御装置12とを有する。   As shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus 10 includes a positioning device 3, a high frequency induction heating coil 5, a cooling device 7, a processing device 8, a warpage detection device 11, and a control device 12.

[位置決め装置3]
以降の説明では、本発明における加工素材である鋼材が、閉じた多角形(四角形)の横断面を有する中空かつ長尺の鋼管2である場合を例にとる。
[Positioning device 3]
In the following description, the case where the steel material, which is the processed material in the present invention, is a hollow and long steel pipe 2 having a closed polygonal (quadrangle) cross section.

この鋼管2の素材である断面四角形の長尺の鋼管2−1(例えば全長7m)は、円形断面の長尺の鋼管を、所定の間隔を有して並んで配置された多数の成形ロールを備える成形ラインを通してロール成形して、所定の四角形断面に成形されて製造される。このため、この成形ラインにおいて円形断面の長尺の鋼管の先端部分は、成形ロールが当たらずに成形されることになるため、この先端部分には反りが不可避的に発生する。鋼管2は、この断面四角形の長尺の異形鋼管2−1から切り出されて断面多角形の短尺(例えば全長2m)の鋼管2−2として提供される。   A long steel pipe 2-1 having a square cross section (for example, a total length of 7 m), which is a material of the steel pipe 2, has a large number of forming rolls arranged with a long cross section of a circular cross section at a predetermined interval. It is roll-formed through a forming line provided and formed into a predetermined rectangular cross section. For this reason, since the front end portion of the long steel pipe having a circular cross section in this forming line is formed without hitting the forming roll, warping is inevitably generated in the front end portion. The steel pipe 2 is cut out from the long deformed steel pipe 2-1 having a rectangular cross section and is provided as a short steel pipe 2-2 having a polygonal cross section (for example, a total length of 2 m).

鋼管2のこのような製造工程を経て製造されるため、量産される鋼管2のなかには、図11に例示するように、その一方の端部2aから他方の端部2bへ向けて真直部分2cと真直部分2cから沿った反り部分2dとを有するものが存在する。   Since the steel pipe 2 is manufactured through such a manufacturing process, the mass-produced steel pipe 2 includes a straight portion 2c from one end 2a to the other end 2b as illustrated in FIG. Some have a warped portion 2d extending from the straight portion 2c.

位置決め装置3は、鋼管2を、所定の位置に位置決めしながら、鋼管2を長手方向へ移動させるための装置であり、例えば、図1に示すように、鋼管2の外周面に当接する形状の内面を有する2組の一対の孔型ロール(3a,3a)により構成される。   The positioning device 3 is a device for moving the steel pipe 2 in the longitudinal direction while positioning the steel pipe 2 at a predetermined position. For example, as shown in FIG. 1, the positioning device 3 has a shape that comes into contact with the outer peripheral surface of the steel pipe 2. It comprises two pairs of perforated rolls (3a, 3a) having an inner surface.

鋼管2は、例えばボールねじ等の送り機構4により、長手方向へ送られる。加工チャック8−1の動きにより鋼管2が軸周りに自由に回転しないよう送り機構4は回転防止機能あるいは回転制御機能を備えていることが望ましい。   The steel pipe 2 is fed in the longitudinal direction by a feed mechanism 4 such as a ball screw. It is desirable that the feed mechanism 4 has a rotation prevention function or a rotation control function so that the steel pipe 2 does not freely rotate around the axis due to the movement of the machining chuck 8-1.

[加熱装置(高周波誘導加熱コイル5)]
加熱装置(例えば高周波誘導加熱コイル5)は、位置決め装置3により送られる鋼管2の外周面から所定距離離間して第1の位置に配置される。高周波誘導加熱コイル5は、鋼管2の外周面から離れて鋼管2の周囲を取り囲むことができる略四角形の環状の外形を有し、鋼管2を(焼入れする場合は焼入れ可能温度域(Ac点以上)に)加熱する。
[Heating device (high frequency induction heating coil 5)]
The heating device (for example, the high frequency induction heating coil 5) is disposed at a first position at a predetermined distance from the outer peripheral surface of the steel pipe 2 sent by the positioning device 3. The high-frequency induction heating coil 5 has a substantially rectangular annular outer shape that can surround the steel pipe 2 away from the outer peripheral surface of the steel pipe 2, and the steel pipe 2 (in the case of quenching, a quenchable temperature range (Ac 3 points) To the above)).

なお、高周波誘導加熱コイル5は、変成器6−1が発生する高周波電力を供給されるブスバー(フィーダ)6に懸垂支持されており、ブスバー(フィーダ)6により高周波電力を供給されて、鋼管2を(焼入れする場合は焼入れ可能温度域(Ac点以上)に)加熱する。 The high-frequency induction heating coil 5 is suspended and supported by a bus bar (feeder) 6 to which high-frequency power generated by the transformer 6-1 is supplied. The high-frequency power is supplied by the bus bar (feeder) 6 to the steel pipe 2. (When quenching, heat to a quenchable temperature range (Ac 3 points or more)).

[冷却装置7]
冷却装置7は、高周波誘導加熱コイル5が設置される第1の位置よりも鋼管2の送り方向の下流の第2の位置に配置される。冷却装置7は、鋼管2の横断面において鋼管2の外面を形成する4つの辺それぞれに向けて略垂直に冷却媒体(以降の説明では冷却水を例にとる)を噴射する。
[Cooling device 7]
The cooling device 7 is arrange | positioned in the 2nd position of the downstream of the feed direction of the steel pipe 2 rather than the 1st position where the high frequency induction heating coil 5 is installed. The cooling device 7 injects a cooling medium (cooling water is taken as an example in the following description) toward each of four sides forming the outer surface of the steel pipe 2 in the cross section of the steel pipe 2.

冷却装置7は、鋼管2の各辺へ冷却水をそれぞれ噴射することにより、鋼管2を焼入れて、マルテンサイト、あるいは、マルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトからなる鋼組織とすることもできる。   The cooling device 7 can also quench the steel pipe 2 by injecting cooling water to each side of the steel pipe 2 to form a steel structure composed of martensite or martensite and tempered martensite.

[加工装置8]
加工装置8は、第2の位置よりも鋼管2の送り方向の下流の第3の位置に第1の位置における鋼管2の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置されて、位置決め装置3とともに、鋼管2の加熱される部分2aを曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼管2に熱間加工を行う。これにより鋼管2は曲げの量と向きを任意に変化させることができる。
[Processing device 8]
The processing device 8 is disposed at a third position downstream of the second position in the feed direction of the steel pipe 2 so as to be movable not only in a plane including the feed direction of the steel pipe 2 at the first position but also in a space. Thus, the steel pipe 2 is hot-worked by bending or shearing the heated portion 2a of the steel pipe 2 together with the positioning device 3. Thereby, the amount and direction of bending of the steel pipe 2 can be changed arbitrarily.

加工装置8として、加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2のいずれかを用いることができる。加工チャック8−1は、鋼管2の先端あるいは先端近傍において鋼管2を把持する。一方、稼働ローラダイス8−2は、水冷装置7よりも下流側に配置される。加工チャック8−1、可動ローラダイス8−2のいずれも第1の位置における鋼管2の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも変位させる制御を行うことにより、鋼管2を曲げ変形またはせん断変形させることができ、これにより、鋼管2に熱間加工を行って焼入れられた曲げ鋼材9を製造する。   As the processing device 8, either the processing chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 can be used. The processing chuck 8-1 grips the steel pipe 2 at or near the tip of the steel pipe 2. On the other hand, the operating roller die 8-2 is disposed downstream of the water cooling device 7. Both the machining chuck 8-1 and the movable roller die 8-2 are controlled to be displaced not only in a plane including the feed direction of the steel pipe 2 at the first position but also in space, so that the steel pipe 2 is bent or deformed. The steel pipe 2 can be subjected to hot working to produce a bent steel material 9 that has been quenched.

加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2は、加工プログラムにより規定される軌道を予め入力された例えば多関節型の産業用ロボット8−3により支持され、産業用ロボットがこの軌道を再生することにより、所望の形状を有する曲げ鋼材9が製造される。 Machining chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 is supported by the track previously inputted for example articulated industrial robots 8 -3 defined by the machining program, the industrial robot is play this track By doing so, the bent steel material 9 which has a desired shape is manufactured.

[反り検出装置11]
反り検出装置11は、製造装置10にセットされる前の鋼管2、すなわち移動位置決め装置3により位置決めされる前の鋼管2における反り部分における鋼管2の真直部からの変位量を検出する。
[Warpage detection device 11]
The warp detection device 11 detects the amount of displacement from the straight portion of the steel pipe 2 in the warped portion of the steel pipe 2 before being set in the manufacturing apparatus 10, that is, the steel pipe 2 before being positioned by the moving positioning device 3.

反り検出装置11としては、この種の検出装置として慣用なものを用いればよく、例えば、変位量を精密に測定するにはレーザ変位計を用い、簡易的には測定用ゲージを用いることができる。より加工精度を要求する場合には変位量と精度の相関を製造する部品毎に調べておき,内挿したロボットの軌道データをその都度作成して加工すればよい。   As the warp detection device 11, a conventional device as this type of detection device may be used. For example, a laser displacement meter can be used to accurately measure the displacement, and a measurement gauge can be used simply. . When more machining accuracy is required, the correlation between the displacement and accuracy may be checked for each part to be manufactured, and the interpolated robot trajectory data may be created and machined each time.

[制御装置12]
制御装置12は、反り検出装置11による変位量の検出値に基づいて加工装置8による鋼管2に対する熱間加工を制御する。すなわち、制御装置12は、反り検出装置11による変位量の検出値に基づいて、鋼管2に存在する反りの程度を定量的に把握し、産業用ロボットを動作させて加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2の軌道を再生するための加工プログラムを反りの程度に応じて補正して設定し、変更して設定した加工プログラムに基づいて産業用ロボットを動作させて加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2の軌道を再生する。これにより、3DQ装置1により量産される曲げ鋼材の許容公差を例えば±0.5mmに収めることが可能になる。また、簡便な方法として、変位量の変動幅(反り量δ)に基づき加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2の軌道を補正してもよい。
[Control device 12]
The control device 12 controls hot working on the steel pipe 2 by the processing device 8 based on the detection value of the displacement amount by the warp detection device 11. That is, the control device 12 quantitatively grasps the degree of warpage existing in the steel pipe 2 based on the detected value of the displacement amount by the warpage detection device 11, and operates the industrial robot to move the machining chuck 8-1 or move. A machining program for reproducing the trajectory of the roller die 8-2 is corrected and set according to the degree of warpage, and the industrial robot is operated based on the machining program set by changing the machining chuck 8-1 or The trajectory of the movable roller die 8-2 is regenerated. Thereby, it becomes possible to set the tolerance of the bent steel material mass-produced by the 3DQ apparatus 1 within ± 0.5 mm, for example. Further, as a simple method, the trajectory of the machining chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 may be corrected based on the displacement fluctuation range (warpage amount δ).

図2は、断面四角形の長尺の鋼管2−1から、断面多角形の短尺(例えば全長2m)の3本の鋼管2−2が切り出される状況を示す説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a situation in which three steel pipes 2-2 having a polygonal cross section (for example, a total length of 2 m) are cut out from a long steel pipe 2-1 having a square cross section.

図2に示すように、鋼管2−1から、先端部材、中間部材、後端部材として3本の鋼管2−2が切り出される。ある鋼管2−1から切り出された3本の鋼管P−1(先端部材),P−1(中間部材),P−1(後端部材)と、別の鋼管2−1から切り出された3本の鋼管P−2(先端部材),P−2(中間部材),P−2(後端部材)について、鋼管2−1のどの部位から切り出されたかをマーキングして3DQ装置1により熱間加工を行って曲げ鋼材9を製造した。そして、得られた曲げ鋼材9について正規形状との差異を測定した。測定結果を図3にグラフで示す。   As shown in FIG. 2, three steel pipes 2-2 are cut out from the steel pipe 2-1, as a front end member, an intermediate member, and a rear end member. Three steel pipes P-1 (front end member), P-1 (intermediate member), P-1 (rear end member) cut out from one steel pipe 2-1, and 3 cut out from another steel pipe 2-1. About the steel pipe P-2 (front end member), P-2 (intermediate member), P-2 (rear end member), it is marked by which part of the steel pipe 2-1 is cut out, and is hot by the 3DQ device 1 The bending steel material 9 was manufactured by processing. And the difference with a regular shape was measured about the obtained bending steel material 9. FIG. The measurement results are shown graphically in FIG.

図3のグラフに示すように、先端部材を加工した場合の加工精度は、中間部材または後端部材を加工した場合の加工精度は明らかに不芳である。   As shown in the graph of FIG. 3, the processing accuracy when the tip member is processed is clearly unsatisfactory when the intermediate member or the rear end member is processed.

また、鋼管2−2の反り(真直部からの変位量)を測定したところ、先端部材にだけ反りが存在する。   Moreover, when the curvature (displacement amount from a straight part) of the steel pipe 2-2 was measured, a curvature exists only in a tip member.

さらに、3本の鋼管2−1から切り出された3本の鋼管2−2(先端部材)について反りおよび3DQ加工後の加工精度を測定した。結果を図4,5のグラフに示す。   Furthermore, warpage and processing accuracy after 3DQ processing were measured for three steel pipes 2-2 (tip members) cut out from the three steel pipes 2-1. The results are shown in the graphs of FIGS.

図4,5のグラフに示すように、先端部材同士の比較においても変位量の大小に応じて、3DQ加工後の寸法精度(加工精度)が異なることが判明した。   As shown in the graphs of FIGS. 4 and 5, it has been found that the dimensional accuracy (processing accuracy) after 3DQ processing differs depending on the amount of displacement in comparison between the tip members.

なお、加工後の精度測定の際には、加工された曲げ鋼材の両端を支持してするため、中央部精度が正側に出るということは規定より測定面が断面の外側に変位しすぎていることを意味する。   When measuring accuracy after processing, both ends of the processed bent steel material are supported, so that the accuracy of the center part goes out to the positive side. Means that

以上の結果より、3DQ加工の前に鋼管2の反りの有無や大小を判別し、それに応じて加工プログラムを修正して設定することにより、3DQ加工後の曲げ鋼材9の加工精度を向上させることができることがわかる。   From the above results, it is possible to improve the processing accuracy of the bent steel material 9 after 3DQ processing by determining the presence / absence and size of the warp of the steel pipe 2 before 3DQ processing and correcting and setting the processing program accordingly. You can see that

表1に、鋼管2−1からの切り出し位置に応じて加工プラグラムを変更する本発明例と、変更しない比較例について、加工プログラムの変更の一例を、まとめて示す。   Table 1 collectively shows an example of changes in the machining program for the present invention example in which the machining program is changed according to the cutting position from the steel pipe 2-1, and the comparative example in which the machining program is not changed.

例えば、図12のグラフから、鋼管2のZ面の反り量δが0.75mmの場合には、ばらつきが最も大きい長手方向中央付近における精度測定値は+0.25mm程度と予測されるので、この+0.25mm分を逆方向へ補正可能なロボット軌道を作成して用いればよい。   For example, from the graph of FIG. 12, when the amount of warpage δ of the Z plane of the steel pipe 2 is 0.75 mm, the accuracy measurement value in the vicinity of the center in the longitudinal direction with the largest variation is predicted to be about +0.25 mm. A robot trajectory capable of correcting +0.25 mm in the reverse direction may be created and used.

逆に図4における鋼管Cを用いこれを基準として精度測定値が0となるようにロボット軌道を作成してもよい.この場合には鋼管1を用いると精度測定値としては−0.25mmが測定されると予想されるため,+0.25mm分の補正をかけることとなる。   Conversely, the robot trajectory may be created by using the steel pipe C in FIG. In this case, if the steel pipe 1 is used, the accuracy measurement value is expected to be −0.25 mm, so that correction of +0.25 mm is applied.

図6は、ロボット軌道選択のフローチャートの一例を示すグラフである。
図6に示すように、開始前に鋼管2の反り(変位量)に応じたロボット軌道を事前に作成しておく。この際、鋼管2が正の反りを有する場合には反りの無い鋼管に対する軌道よりも加工量を減らすようにロボット軌道を修正する。変位量が大きいほど、修正量も大きくなる。
FIG. 6 is a graph showing an example of a flowchart of robot trajectory selection.
As shown in FIG. 6, a robot trajectory corresponding to the warp (displacement amount) of the steel pipe 2 is created in advance before the start. At this time, when the steel pipe 2 has a positive warp, the robot trajectory is corrected so as to reduce the machining amount as compared with the trajectory for the steel pipe without the warp. The larger the displacement amount, the larger the correction amount.

S1において、曲げ方向に対する鋼管2の反り方向を判定し、負の反りの場合にはS2へ移行し、反りがない場合はS3へ移行し、正の反りの場合にはS4へ移行する。   In S1, the warp direction of the steel pipe 2 with respect to the bending direction is determined. If the warp is negative, the process proceeds to S2. If there is no warp, the process proceeds to S3. If the warp is positive, the process proceeds to S4.

S2においては、負の反り鋼管用のロボット軌道(基準の曲げ量に補正量を付加)で加工し、S3においては、反りなし鋼管用のロボット軌道(基準の曲げ量)で加工し、S4においては、正の反り鋼管用のロボット軌道(基準の曲げ量から補正量を減じる)で加工する。このようにして加工を終了する。   In S2, processing is performed with a robot trajectory for negative warped steel pipe (a correction amount is added to the reference bending amount), and in S3, processing is performed with a robot trajectory for warping-free steel pipe (reference bending amount). Machine with a robot trajectory for the positive warped steel pipe (subtract the correction amount from the standard bending amount). In this way, the processing is finished.

このように、3DQ装置1で加工を行われる前の鋼管の反り(変位量)を定量的に測定しておき、変位量を加味して加工チャック8−1または可動ローラダイス8−2の軌道を修正して設定してからこの鋼管に対する加工を行うことにより、3DQにより例えば±0.5mmの許容公差といった特に厳しい寸法公差を満足する曲げ鋼材を安定して量産できる。
Thus, warpage of the steel pipe before being performed processing in 3DQ device 1 0 (displacement amount) leave quantitatively measured, in consideration of the amount of displacement of the machining chuck 8-1 or the movable roller die 8-2 By processing the steel pipe after correcting and setting the trajectory, it is possible to stably mass-produce a bent steel material satisfying a particularly severe dimensional tolerance such as an allowable tolerance of ± 0.5 mm by 3DQ.

本発明によれば、3DQ装置10による加工を行われる前の鋼管2の寸法精度が低下している場合であっても、3DQ装置10により製造される曲げ鋼材9の寸法精度(加工精度)のバラツキを、実用上問題ない程度に安定して低減でき、公差外れの曲げ鋼材9が製造されることを大幅に低減することが可能になる。   According to the present invention, even when the dimensional accuracy of the steel pipe 2 before being processed by the 3DQ device 10 is lowered, the dimensional accuracy (processing accuracy) of the bent steel material 9 manufactured by the 3DQ device 10 is improved. The variation can be stably reduced to an extent that does not cause a problem in practice, and the production of the bent steel material 9 having a deviation from the tolerance can be greatly reduced.

本発明により製造される曲げ鋼材9は、その寸法精度(加工精度)が向上しているため、後工程での組み付けが容易になるとともに、精度公差外れによる歩留まり低下を抑制でき、生産性向上およびコスト削減が可能になる。   Since the dimensional accuracy (processing accuracy) of the bent steel material 9 manufactured according to the present invention is improved, it is easy to assemble in the subsequent process, and it is possible to suppress a decrease in yield due to deviation of accuracy tolerance, and to improve productivity and Cost reduction is possible.

さらに、量産される曲げ鋼材9の全体としての寸法精度(加工精度)ばらつきが大幅に改善されるため、厳しい公差を設定される部品(例えば、各種ピラー類,足回り部品,シート部品,ドアインパクトビーム)にも曲げ鋼材9を適用することができるようになる。   In addition, the dimensional accuracy (machining accuracy) variation of the mass-produced bent steel material 9 as a whole is greatly improved, so parts with severe tolerances (for example, various pillars, undercarriage parts, seat parts, door impacts) The bent steel material 9 can be applied to the beam.

1 製造装置
2 鋼管
2a 高温部
3 移動位置決め装置
5 高周波誘導加熱コイル
7 冷却装置
8 加工装置
8−1 加工チャック
8−2 可動ローラダイス
8−3 多関節型産業用ロボット
9 曲げ部材
10 製造装置
11 反り検出装置
12 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus 2 Steel pipe 2a High temperature part 3 Movement positioning apparatus 5 High frequency induction heating coil 7 Cooling apparatus 8 Processing apparatus 8-1 Processing chuck 8-2 Movable roller die 8-3 Articulated industrial robot 9 Bending member 10 Manufacturing apparatus 11 Warpage detection device 12 Control device

Claims (2)

閉じた多角形の横断面を有するとともに一方の端部から他方の端部に向けて真直部分と曲がった反り部分とを有する中空かつ長尺の鋼材を位置決めしながらその長手方向へ移動させるための位置決め装置と、送られる該鋼材から離間して第1の位置に配置されるとともに該鋼材を加熱する加熱装置と、前記第1の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第2の位置に配置されるとともに前記鋼材の外周面に冷却媒体を吹き付けることにより該鋼材を冷却する冷却装置と、前記第2の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第3の位置において前記第1の位置における前記鋼材の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置されて、前記位置決め装置とともに加熱される部分を曲げ変形またはせん断変形させることにより、前記鋼材に加工を行う加工装置と、前記位置決め装置により位置決めされる前の鋼材の反り量を検出する反り検出装置と、該反り検出装置による検出値に基づいて前記加工装置による前記鋼材に対する熱間加工を制御する制御装置とを備えることを特徴とする曲げ鋼材の製造装置。   For positioning a hollow and long steel material having a closed polygonal cross section and having a straight portion and a bent warped portion from one end portion to the other end portion while moving in the longitudinal direction. A positioning device, a heating device that is disposed at a first position apart from the steel material to be fed, and that heats the steel material, and a second position downstream of the first position in the feeding direction of the steel material And a cooling device that cools the steel material by spraying a cooling medium on the outer peripheral surface of the steel material, and a third position downstream of the second position in the feed direction of the steel material at the first position. The steel material is arranged so as to be movable not only in a plane including the feeding direction of the steel material but also in a space, and bending or shearing a portion heated together with the positioning device. A processing device that performs processing, a warpage detection device that detects a warpage amount of the steel material before being positioned by the positioning device, and hot processing of the steel material by the processing device based on a detection value by the warpage detection device An apparatus for producing a bent steel material, comprising: 閉じた多角形断面を有するとともに一方の端部から他方の端部を向けて真直部分と曲がった反り部分とを有する中空かつ長尺の鋼材を、位置決め装置によって、位置決めしながらその長手方向へ移動させながら、送られる鋼材から離間した第1の位置に配置される加熱装置によって、前記鋼材を加熱するととともに、前記第1の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第2の位置に配置される冷却装置に設けられた冷却媒体噴射孔から、前記鋼材の外周面に冷却媒体を吹き付けることにより前記鋼材を冷却し、前記第2の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第3の位置において前記第1の位置における前記鋼材の送り方向を含む平面内のみならず空間内にも移動自在に配置される加工装置によって、前記位置決め装置とともに加熱される部分を曲げ変形またはせん断変形させることにより、前記鋼材に熱間加工を行うことにより曲げ部材を製造する際に、前記位置決め装置により位置決めされる前の前記鋼材の反り量の検出値に基づいて、前記鋼材に対する熱間加工を制御することを特徴とする曲げ鋼材の製造方法。   A hollow and long steel material having a closed polygonal cross section and having a straight part and a curved warped part from one end to the other end is moved in the longitudinal direction while being positioned by a positioning device. While heating, the steel material is heated by the heating device arranged at the first position separated from the steel material to be sent, and at the second position downstream of the first material in the feeding direction of the steel material. The steel material is cooled by spraying a cooling medium on the outer peripheral surface of the steel material from a cooling medium injection hole provided in the cooling device, and a third position downstream in the feed direction of the steel material from the second position. In the first position is heated together with the positioning device by a processing device that is movably disposed not only in a plane including the feeding direction of the steel material but also in a space. Based on the detected value of the amount of warpage of the steel material before being positioned by the positioning device when producing a bending member by performing hot working on the steel material by bending or shearing the part, A method for producing a bent steel material, characterized by controlling hot working on the steel material.
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