СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОГНУТОГО ЭЛЕМЕНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ГИБКИ СТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF MANUFACTURE OF BEND ELEMENT AND DEVICE FOR STEEL MATERIAL HOT BENDING

[Область техники, к которой относится изобретение]
[0001]
Настоящее изобретение относится к способу изготовления изогнутого элемента и устройству для горячей гибки стального материала.
Испрашивается приоритет по заявке на патент Японии № 2014-109361, поданной 27 мая 2014, заявке на патент Японии № 2014-209052, поданной 10 октября 2014, и заявке на патент Японии № 2014-245639, поданной 4 декабря 2014, содержание которых включено в данный документ путем ссылки.
[Предшествующий уровень техники]
[0002]
Металлический несущий элемент, упрочненный элемент или конструктивный элемент (в дальнейшем называемый «изогнутым элементом»), имеющий изогнутую форму, используют в автомобиле, различных машинах или тому подобном. В качестве изогнутого элемента требуется элемент, имеющий высокую прочность, легкий вес и малый размер. В предшествующем уровне техники для изготовления изогнутого элемента используется, например, такой способ, как сварка штампованного изделия или пробивка и ковка толстого листа. Тем не менее, дополнительно требуются сильное упрочнение, уменьшение веса и уменьшение размера изогнутого элемента.
[0003]
В непатентном документе 1 раскрыт способ изготовления изогнутого элемента посредством способа гидравлической вытяжки труб, который обеспечивает обработку стальной трубы за счет приложения гидравлического давления к внутренней стороне стальной трубы. В соответствии со способом гидравлической вытяжки труб можно улучшить утонение листа изготовленного изогнутого элемента и обеспечить увеличение гибкости формы и экономической эффективности, связанной с изготовлением изогнутого элемента. Тем не менее, имеются проблемы, заключающиеся в том, что материал, который может быть использован для способа гидравлической вытяжки труб, ограничен, гибкость формы является недостаточной при гибке с использованием способа гидравлической вытяжки труб, или тому подобные проблемы.
[0004]
Авторы изобретения разработали способ изготовления изогнутого элемента и устройство для горячей гибки стального материала с учетом вышеописанных обстоятельств (см. патентный документ 1). Фиг.12 представляет собой разъясняющий вид, показывающий схематическое изображение устройства 0 для горячей гибки стального материала, которое раскрыто в патентном документе 1.
[0005]
Как показано на фиг.12, в устройстве 0 для горячей гибки стального материала изогнутый элемент 8 изготавливают гибкой стальной трубы 1 на задней по ходу стороне опорного устройства 2 при подаче стальной трубы 1, которая опирается на опорное устройство 2 с возможностью перемещения в продольном направлении от передней по ходу стороны по направлению к задней по ходу стороне посредством подающего устройства 3, с использованием, например, шарикового винта.
[0006]
То есть нагретая часть 1а образуется в части стальной трубы 1 в продольном направлении за счет быстрого нагрева части стальной трубы 1 до диапазона температур, в котором возможна закалка, посредством устройства 5 индукционного нагрева, на задней по ходу стороне опорного устройства 2. После выполнения нагрева стальную трубу 1 быстро охлаждают посредством охлаждающего устройства 6, которое расположено с задней по ходу стороны устройства 5 индукционного нагрева. Изгибающий момент подводят к нагретой части 1а за счет перемещения концевой части стальной трубы 1 в трехмерном направлении при подаче стальной трубы 1 в продольном направлении между нагревом и охлаждением.
[0007]
Существует возможность закалки стальной трубы 1 за счет управления температурой нагрева и скоростью охлаждения стальной трубы 1. Следовательно, в соответствии со способом изготовления изогнутого элемента 8 посредством использования устройства 0 для горячей гибки стального материала можно обеспечить сильное упрочнение, уменьшение веса и уменьшение размера изогнутого элемента 8. В настоящем описании способ изготовления изогнутого элемента 8 посредством использования устройства 0 для горячей гибки стального материала назван 3DQ (аббревиатура для ʺ3 Dimensional Hot Bending and Quenchʺ («Трехмерная горячая гибка и закалка»).
[0008]
В том случае, когда изогнутый элемент 8 изготавливают способом 3DQ, необходимо соответствующим образом удерживать передний концевой участок и задний концевой участок стальной трубы 1 в направлении подачи. Авторы изобретения разработали зажимное устройство для удерживания стальной трубы 1 (см. патентный документ 2).
[0009]
Фиг.13А представляет собой схематическое изображение для разъяснения случая, в котором внутренняя часть стальной трубы 1 удерживается коротким зажимным устройством 10, опирающимся на приводной механизм 9. В дополнение, на фиг.13А охлаждающее устройство 6 исключено. Кроме того, в нижеприведенных описаниях в качестве примера приведен случай, в котором используется зажимное устройство, удерживающее внутреннюю сторону стальной трубы 1. Тем не менее, зажимное устройство может удерживать наружную часть стальной трубы 1.
[0010]
Зажимное устройство 10 представляет собой ступенчатый трубчатый корпус, имеющий часть 10а с большим диаметром и часть 10b с малым диаметром. В настоящем описании часть 10b с малым диаметром также названа фиксатором 10b.
[0011]
Часть 10а с большим диаметром имеет такой же наружный диаметр, как наружный диаметр стальной трубы 1. С другой стороны, часть 10b с малым диаметром имеет заранее заданную длину в аксиальном направлении и вставлена в передний концевой участок 1b или задний концевой участок 1d стальной трубы 1. Часть 10b с малым диаметром выполнена с такой конфигурацией, что диаметр части 10b с малым диаметром может быть свободно увеличен и уменьшен. При увеличении диаметра части 10b с малым диаметром наружная поверхность части 10b с малым диаметром прилегает к внутренней поверхности переднего концевого участка 1b или заднего концевого участка 1d стальной трубы 1, и часть 10b с малым диаметром удерживает передний концевой участок 1b или задний концевой участок 1d стальной трубы 1.
[0012]
Фиг.13В представляет собой схематическое изображение для разъяснения случая, в котором внутренняя часть переднего концевого участка 1b или заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 удерживается длинным зажимным устройством 11, опирающимся на приводной механизм 9. Зажимное устройство 11 представляет собой ступенчатый трубчатый корпус, имеющий корпусную часть 11а с большим диаметром и вставляемую часть 11b с малым диаметром. Способ гибки стальной трубы 1 в том случае, когда используется короткое зажимное устройство 10, аналогичен способу гибки стальной трубы 1 в том случае, когда используется длинное зажимное устройство 11.
В дополнение, в том случае, когда удерживается передний концевой участок 1b стальной трубы 1, и в том случае, когда удерживается задний концевой участок 1d, способ удерживания, выполняемый зажимным устройством 10, аналогичен способу удерживания, выполняемому зажимным устройством 11.
[Документы по предшествующему уровню техники]
[Патентные документы]
[0013]
[Патентный документ 1] Брошюра международной публикацией согласно РСТ № WO 2006-093006
[Патентный документ 2] Брошюра с международной публикацией согласно РСТ № WO 2010-134495
[0014]
[Непатентный документ] Страницы 23-28, № 6, том 57, Automobile Technology. 2003.
[Раскрытие изобретения]
[Проблемы, подлежащие решению посредством изобретения]
[0015]
Авторы настоящего изобретения дополнительно исследовали улучшение производительности и экономической эффективности изогнутого элемента 8 посредством способа 3DQ, в котором используется зажимное устройство 10 или 11, и выявили нижеописанные проблемы. В дополнение, в дальнейших описаниях в качестве примера описан случай, в котором изогнутый элемент изготавливают, используя короткое зажимное устройство 10. Тем не менее, случай, в котором изогнутый элемент изготавливают, используя длинное зажимное устройство 11, также является аналогичным.
[0016]
В случае, в котором зону вблизи переднего концевого участка 1b стальной трубы 1 подвергают гибке в состоянии, в котором передний концевой участок 1b стальной трубы 1 удерживается зажимным устройством 10, при нагреве стальной трубы 1 посредством устройства 5 индукционного нагрева необходимо, например, предотвратить нагрев части 10b с малым диаметром, предусмотренной в зажимном устройстве 10, удерживающем передний концевой участок 1b стальной трубы 1, до температуры выше чем 500°С. Это обусловлено тем, что часть 10b с малым диаметром зажимного устройства 10, удерживающего передний концевой участок 1b стальной трубы 1, может подвергнуться усталостному разрушению в случае, если часть 10b с малым диаметром зажимного устройства 10, удерживающего передний концевой участок 1b стальной трубы 1, будет нагрета до температуры выше чем 500°С.
[0017]
Для предотвращения нагрева части 10b с малым диаметром зажимного устройства 10, удерживающего передний концевой участок 1b стальной трубы 1, до температуры выше чем 500°С рассматривается способ, в котором индукционный нагрев, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, начинают в части, отделенной от переднего концевого участка 1b стальной трубы 1. Однако, поскольку зона вблизи переднего концевого участка 1b не нагревается до температуры, равной температуре или превышающей температуру, при которой возможна закалка, в том случае, когда индукционный нагрев, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, начинают в части, отделенной от переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, образуется много частей (в дальнейшем называемых «незакаленными частями»), в которых закалка не выполняется, генерируются в зоне вблизи переднего концевого участка 1b.
Поскольку прочность незакаленной части низкая, незакаленная часть становится ненужной частью в компоненте, от которого требуется прочность, и незакаленная часть может быть отрезана. Поскольку этап резки увеличивается в случае, когда отрезают незакаленную часть, производительность изогнутого элемента уменьшается. В дополнение, поскольку отрезают часть от изготавливаемого изогнутого элемента, и в стальной трубе, которая представляет собой материал, генерируется часть, которая не становится изделием, экономическая эффективность уменьшается.
[0018]
Соответственно, с точки зрения производительности и экономической эффективности начало индукционного нагрева, выполняемого устройством 5 индукционного нагрева, в части, отделенной от переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, для предотвращения нагрева части 10b с малым диаметром зажимного устройства 10, удерживающего передний концевой участок 1b стальной трубы 1, до температуры выше чем 500°С не является предпочтительным.
[0019]
Фиг.14A-14D представляют собой схематические изображения для разъяснения случая, в котором изготовление изогнутого элемента начинают в состоянии, в котором передний концевой участок 1b стальной трубы 1 удерживается зажимным устройством 10, по мере использования способа по предшествующему уровню техники. Кроме того, на фиг.14А-14D показан только комплект опорных устройств 2.
[0020]
0
Фиг.14А показывает состояние в момент времени t, когда индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, и подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3, не начинают.
0
0
1
В момент времени t передний концевой участок 1b стальной трубы 1 расположен в положении, в котором передний концевой участок 1b может быть нагрет устройством 5 индукционного нагрева. Если перейти от момента времени t к моменту времени t, то начинают подачу стальной трубы 1, выполняемую подающим устройством 3, нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, и охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6 (см. фиг.14В).
2
2
В момент времени t, когда расстояние между передним концевым участком 1b стальной трубы 1 и центральной частью нагретых частей 1а в продольном направлении достигнет заранее заданного расстояния L в состоянии, в котором продолжаются подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3, нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, и охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, обеспечивают подведение изгибающего момента к нагретой части 1а за счет перемещения зажимного устройства 10 в некотором направлении в трехмерном пространстве посредством приводного механизма 9 (см. фиг.14С).
3
Изгибающий момент подают к нагретым частям 1а, и изогнутая часть 1с образуется в стальной трубе 1 в момент времени t (см. фиг.14D).
[0021]
Однако авторы изобретения обнаружили, что нагретая часть 1а, образованная в зоне вблизи переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, не может быть нагрета до желаемой температуры и гибка не может быть выполнена надлежащим образом в том случае, когда передний концевой участок 1b стальной трубы 1 подвергали гибке способом, показанным на фиг.14А-14D.
В том случае, когда температура нагрева нагретой части 1а, образованной в зоне вблизи переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, ниже 900°С, чрезмерная нагрузка подводится к приводному механизму 9 при выполнении гибки посредством приводного механизма 9, и существует вероятность повреждения приводного механизма 9.
Температуры от 900°С до 1000°С представляют собой примеры температуры нагретой части 1а для надлежащего выполнения гибки. Если температура нагретой части 1а составляет от 900°С до 1000°С, гибка может выполняться надлежащим образом к нагретой части 1а, нагретую часть 1а охлаждают посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, и существует возможность выполнения закалки нагретой части 1а.
[0022]
Исходя из вышеописанных соображений требуется способ изготовления изогнутого элемента, посредством которого размер незакаленной части, образующейся на переднем концевом участке 1b стальной трубы 1, уменьшается в максимально возможной степени, и часть 10b с малым диаметром зажимного устройства 10, удерживающего передний концевой участок 1b стальной трубы 1, не нагревается до температуры выше, чем 500°С.
[Средства решения проблемы]
[0023]
Для решения вышеописанных проблем и достижения цели в настоящем изобретении выбраны нижеуказанные средства.
[0024]
(1) В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечен способ изготовления изогнутого элемента, включающий в себя этапы: этап удерживания, на котором удерживают одну концевую часть длинного стального материала, имеющего конец с отверстием, определяемый в продольном направлении, посредством зажимного устройства, этап подачи, на котором подают стальной материал после этапа удерживания вдоль продольного направления при данной одной концевой части в качестве головы, этап нагрева, на котором образуют нагретую часть посредством высокочастотного индукционного нагрева некоторой части стального материала в продольном направлении, этап гибки, на котором подводят изгибающий момент к нагретой части за счет перемещения зажимного устройства в трехмерном направлении, и этап охлаждения, на котором охлаждают нагретую часть посредством нагнетания охлаждающей среды к нагретой части после этапа гибки. Когда начинают этап нагрева, зажимное устройство охлаждают охлаждающей средой, и количество тепла, которое подводится к данной одной концевой части при образовании нагретой части на данной одной концевой части, превышает количество тепла, которое подводится к смежной с передней по ходу стороной части, смежной с передней по ходу стороной данной одной концевой части, если смотреть вдоль направления подачи стального материала.
[0025]
(2) В способе изготовления изогнутого элемента, раскрытом в (1), может быть принята конфигурация, в которой количество тепла, подводимое к данной одной концевой части при образовании нагретой части на данной одной концевой части, превышает количество тепла, подводимое к смежной с передней по ходу стороной части, когда этап нагрева начинают, за счет изменения по меньшей мере одного из следующего: скорость подачи стального материала в продольном направлении на этапе подачи и количество тепла, которое подводится к части на этапе нагрева.
[0026]
(3) В способе изготовления изогнутого элемента, раскрытом в (1) или (2), может быть принята конфигурация, в которой количество тепла, подводимое к данной одной концевой части при образовании нагретой части на данной одной концевой части, превышает количество тепла, подводимое к смежной с передней по ходу стороной части, за счет начала этапа подачи через заранее заданное время от начала этапа нагрева.
[0027]
(4) В способе изготовления изогнутого элемента, раскрытом в любом из (1)-(3), конфигурация может дополнительно содержать этап измерения температуры, на котором измеряют температуру стального материала во множестве точек в продольном направлении, и на этапе подачи скорость подачи стального материала в продольном направлении определяют на основе результата измерения температуры, полученного на этапе измерения температуры.
[0028]
(5) В способе изготовления изогнутого элемента, раскрытом в любом из (1)-(4), может быть принята конфигурация, в которой количество тепла, подводимое к другой концевой части стального материала, определяемой в продольном направлении, при образовании нагретой части на другой концевой части, превышает количество тепла, подводимое к смежной с задней по ходу стороной части, смежной с задней по ходу стороной другой концевой части, если смотреть вдоль направления подачи стального материала.
[0029]
(6) В способе изготовления изогнутого элемента, раскрытом в (5), может быть принята конфигурация, в которой количество тепла, подводимое к другой концевой части при образовании нагретой части на другой концевой части, превышает количество тепла, подводимое к смежной с задней по ходу стороной части, за счет изменения по меньшей мере одного из следующего: скорость подачи стального материала в продольном направлении на этапе подачи и количество тепла на этапе нагрева, перед прекращением высокочастотного нагрева на этапе нагрева.
[0030]
(7) В способе изготовления изогнутого элемента, раскрытом в (6), может быть принята конфигурация, в которой количество тепла, подводимое к другой концевой части при образовании нагретой части на другой концевой части, превышает количество тепла, подводимое к смежной с задней по ходу стороной части, за счет прекращения подачи стального материала на этапе подачи перед прекращением высокочастотного индукционного нагрева.
[0031]
(8) В способе изготовления изогнутого элемента, раскрытом в любом из (1)-(7), может быть принята конфигурация, в которой количеством тепла на этапе нагрева управляют для удовлетворения всех условий из: первого условия, в соответствии с которым температура нагрева фиксатора зажимного устройства составляет 500°С или ниже, второго условия, в соответствии с которым температура нагрева нагретой части выше точки Ас3 при приложении изгибающего момента к нагретой части на этапе гибки, и третьего условия, в соответствии с которым самая высокая достигаемая температура стального материала меньше или равна температуре, при которой происходит укрупнение частиц стального материала, или меньше или равна температуре, при которой вязкость стального материала снижается.
[0032]
(9) В способе изготовления изогнутого элемента, раскрытом в любом из (1)-(8), может быть принята конфигурация, в которой высокочастотный индукционный нагрев включает в себя: первый этап нагрева, на котором образуют первую нагретую часть в положении между данной одной концевой частью и другой концевой частью стального материала, второй этап нагрева, на котором образуют вторую нагретую часть в положении на стороне первой нагретой части стального материала, и этап прекращения нагрева, на котором образуют не окончательно закаленную часть между первой нагретой частью и второй нагретой частью за счет прерывания высокочастотного индукционного нагрева между первым этапом нагрева и вторым этапом нагрева. Количество тепла, которое подводится ко второй нагреваемой части, превышает количество тепла, которое подведено к первой нагретой части, когда начинается второй нагрев.
[0033]
(10) В способе изготовления изогнутого элемента, раскрытом в (9), может быть принята конфигурация, в которой размер незакаленной части по ширине составляет 0,15 или более и 1,4 или менее от ширины зоны нагрева посредством высокочастотного индукционного нагрева, если смотреть вдоль продольного направления.
[0034]
(11) В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения обеспечено устройство для горячей гибки стального материала, включающее в себя: зажимное устройство, выполненное с возможностью удерживания одной концевой части длинного стального материала, имеющего конец с отверстием в продольном направлении; приводной механизм, выполненный с возможностью перемещения зажимного устройства в трехмерном направлении; подающий механизм, выполненный с возможностью подачи стального материала вдоль продольного направления при данной одной концевой части в качестве головы; механизм индукционного нагрева, выполненный с возможностью выполнения высокочастотного индукционного нагрева на некоторой части стального материала в продольном направлении для образования нагретой части; охлаждающий механизм, выполненный с возможностью нагнетания охлаждающей среды к нагретой части для охлаждения нагретой части, и управляющее устройство, выполненное с возможностью управления зажимным устройством, приводным механизмом, подающим механизмом, механизмом индукционного нагрева и охлаждающим механизмом. При образовании нагретой части на данной одной концевой части посредством механизма индукционного нагрева управляющее устройство управляет для удовлетворения условий: количество тепла превышает количество тепла для смежной с передней по ходу стороной части, смежной с передней по ходу стороной данной одной концевой части, если смотреть вдоль направления подачи стального материала; и охлаждающий механизм охлаждает зажимное устройство охлаждающей средой.
[0035]
(12) В устройстве для горячей гибки стального материала, раскрытом в (11), может быть принята конфигурация, в которой управляющее устройство управляет для обеспечения большего количества тепла, подводимого к другой концевой части стального материала в продольном направлении, посредством механизма индукционного нагрева, по сравнению с количеством тепла, подводимым к смежной с задней по ходу стороной части, смежной с задней по ходу стороной другой концевой части, если смотреть вдоль направления подачи стального материала, когда образуется нагретая часть на другой концевой части.
[0036]
(13) В устройстве для горячей гибки стального материала, раскрытом в (11) или (12), принята конфигурация, в которой управляющее устройство управляет механизмом индукционного нагрева для образования: первой нагретой части в положении между данной одной концевой частью и другой концевой частью стального материала, второй нагретой части в положении на передней по ходу стороне первой нагретой части стального материала, и незакаленной части в положении между первой нагретой частью и второй нагретой частью.
[0037]
(14) В устройстве для горячей гибки стального материала в соответствии с любым из (11)-(13) может быть принята конфигурация, в которой обеспечен по меньшей мере один из первого механизма измерения температуры, который измеряет температуру данной одной концевой части, второго механизма измерения температуры, который измеряет температуру нагретой части, и механизма измерения формы, который измеряет величину деформации контура данной одной концевой части, и управляющее устройство управляет по меньшей мере одним из подающего механизма и механизма индукционного нагрева так, что по меньшей мере одна из следующих: температуры данной одной концевой части, температуры нагретой части и величины деформации контура данной одной концевой части находится в заранее заданном диапазоне.
[Эффекты от изобретения]
[0038]
В соответствии с каждым из вышеописанных аспектов существует возможность предотвращения усталостного разрушения зажимного устройства, удерживающего переднюю концевую часть стального материала, и существует возможность обеспечения способа изготовления изогнутого элемента и устройства для горячей гибки стального материала, имеющих улучшенные производительность и экономическую эффективность.
[Краткое описание чертежей]
[0039]
Фиг.1А представляет собой схематическое изображение, показывающее состояния стальной трубы и устройства для горячей гибки стальной трубы в том случае, когда зону вблизи переднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.1В представляет собой схематическое изображение, показывающее состояния стальной трубы и устройства для горячей гибки стальной трубы в том случае, когда зону вблизи переднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.1С представляет собой схематическое изображение, показывающее состояния стальной трубы и устройства для горячей гибки стальной трубы в том случае, когда зону вблизи переднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.1D представляет собой схематическое изображение, показывающее состояния стальной трубы и устройства для горячей гибки стальной трубы в том случае, когда зону вблизи переднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.1Е представляет собой схематическое изображение, показывающее состояния стальной трубы и устройства для горячей гибки стальной трубы в том случае, когда зону вблизи переднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2(а) представляет собой график, который показывает количество тепла, подводимое к стальной трубе посредством устройства индукционного нагрева, в зависимости от положения на стальной трубе. Фиг.2(b) представляет собой график, который показывает температуру на поверхности стальной трубы, когда устройство индукционного нагрева расположено в точке А, в зависимости от положения на стальной трубе. Фиг.2(с) представляет собой график, который показывает самую высокую достигаемую температуру в зависимости от положения на стальной трубе. Фиг.2(d) представляет собой график, который показывает твердость в зависимости от положения на стальной трубе.
Фиг.3(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую устройству индукционного нагрева по Аспектному Примеру 1-1, в зависимости от времени. Фиг.3(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Аспектном Примере 1-1 в зависимости от времени.
Фиг.4А представляет собой схематическое изображение, показывающее взаимное расположение стальной трубы, устройства индукционного нагрева и охлаждающего устройства в Аспектном Примере 1-1.
Фиг.4В представляет собой график, который показывает количество тепла, подведенное к стальной трубе в Аспектном Примере 1-1, в зависимости от положения на стальной трубе.
Фиг.5(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Аспектному Примеру 1-2, в зависимости от времени. Фиг.5(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Аспектном Примере 1-2 в зависимости от времени.
Фиг.6(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Аспектному Примеру 1-3, в зависимости от времени. Фиг.6(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Аспектном Примере 1-3 в зависимости от времени.
Фиг.7 представляет собой разъясняющий вид, показывающий пример конфигурации устройства для горячей гибки стального материала в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.8(а) представляет собой схематическое изображение, показывающее взаимное расположение стальной трубы, устройства индукционного нагрева и охлаждающего устройства в Примере 1. Фиг.8(b) представляет собой график, который показывает твердость стальной трубы в Примере 1 в зависимости от положения на стальной трубе.
Фиг.9(а) представляет собой вид сбоку стальной трубы для разъяснения положений А и В. Фиг.9(b) представляет собой график, который показывает самые высокие достигаемые температуры в положениях А и В в зависимости от положения на стальной трубе. Фиг.9(с) представляет собой график, который показывает твердость стальной трубы в положениях А и В в зависимости от положения на стальной трубе.
Фиг.10(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 1-1, в зависимости от времени. Фиг.10(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Примере 1-1 в зависимости от времени. Фиг.10(с) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 1-2, в зависимости от времени. Фиг.10(d) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Примере 1-2 в зависимости от времени. Фиг.10(e) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 1-3, в зависимости от времени. Фиг.10(f) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Примере 1-3 в зависимости от времени.
Фиг.11(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Сравнительному Примеру 1-1, в зависимости от времени. Фиг.11(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Сравнительном Примере 1-1 в зависимости от времени.
Фиг.12 представляет собой схематическое изображение, показывающее устройство для горячей гибки стального материала, раскрытое в патентном документе 1.
Фиг.13А представляет собой схематическое изображение, показывающее случай, в котором внутренняя часть стальной трубы удерживается коротким зажимным устройством.
Фиг.13В представляет собой схематическое изображение, показывающее случай, в котором внутренняя часть стальной трубы удерживается длинным зажимным устройством.
Фиг.14А представляет собой схематическое изображение, показывающее стальной материал и устройство для горячей гибки стального материала в случае, когда зону вблизи переднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Фиг.14В представляет собой схематическое изображение, показывающее стальной материал и устройство для горячей гибки стального материала в случае, когда зону вблизи переднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Фиг.14С представляет собой схематическое изображение, показывающее стальной материал и устройство для горячей гибки стального материала в случае, когда зону вблизи переднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Фиг.14D представляет собой схематическое изображение, показывающее стальной материал и устройство для горячей гибки стального материала в случае, когда зону вблизи переднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии с предшествующим уровнем техники.
Фиг.15 представляет собой схематическое изображение, показывающее стальную трубу и устройство для горячей гибки стальной трубы в случае, когда зону вблизи заднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке в соответствии со способом 3DQ.
Фиг.16(а) представляет собой схематическое изображение, показывающее взаимное расположение стальной трубы и устройства для горячей гибки вблизи заднего концевого участка стальной трубы. Фиг.16(b) представляет собой график, который показывает зависимость между твердостью и положением на стальной трубе в зоне вблизи заднего концевого участка стальной трубы.
Фиг.17(а) представляет собой результат моделирования, который показывает зависимость между самой высокой достигаемой температурой и положением на стальной трубе, когда предполагается, что количество тепла, подводимое к положению А, показанному на фиг.9(а), превышает на 10% количество тепла, подводимое к положению В, при изгибании зоны вблизи заднего концевого участка стальной трубы. Фиг.17(b) представляет собой результат моделирования, который показывает зависимость между твердостью и положением на стальной трубе, когда предполагается, что количество тепла, подводимое к положению А, показанному на фиг.9(а), превышает на 10% количество тепла, подводимое к положению В, при изгибании зоны вблизи заднего концевого участка стальной трубы.
Фиг.18(а)-18(d) представляют собой графики, которые показывают самую высокую достигаемую температуру и распределение температур в текущий момент времени в зависимости от положений на стальной трубе в случае, когда зону вблизи заднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке, используя предшествующий уровень техники. Фиг.18(е) представляет собой график, который показывает зависимость между твердостью стальной трубы и положением на стальной трубе после выполнения гибки, показанной на фиг.18(а)-18(d).
Фиг.19(а)-19(d) представляют собой графики, которые показывают самую высокую достигаемую температуру и распределение температур в текущий момент времени в зависимости от положений на стальной трубе в случае, когда задний концевой участок стальной трубы подвергают гибке, используя настоящее изобретение. Фиг.19(е) представляет собой график, который показывает зависимость между твердостью стальной трубы и положением на стальной трубе после выполнения гибки, показанной на фиг.19(а)-19(d).
Фиг.20(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 2-1, в зависимости от времени. Фиг.20(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Примере 2-1 в зависимости от времени. Фиг.20(с) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 2-2, в зависимости от времени. Фиг.20(d) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Примере 2-2 в зависимости от времени. Фиг.20(e) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 2-3, в зависимости от времени. Фиг.20(f) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Примере 2-3 в зависимости от времени.
Фиг.21(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Сравнительному Примеру 2-1, в зависимости от времени. Фиг.21(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи стальной трубы в Сравнительном Примере 2-1 в зависимости от времени.
Фиг.22А представляет собой схематическое изображение, показывающее состояние, в котором зону вблизи заднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке, используя предшествующий уровень техники.
Фиг.22В представляет собой схематическое изображение, показывающее состояние, в котором зону вблизи заднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке, используя предшествующий уровень техники.
Фиг.22С представляет собой схематическое изображение, показывающее состояние, в котором зону вблизи заднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке, используя предшествующий уровень техники.
Фиг.22D представляет собой схематическое изображение, показывающее состояние, в котором зону вблизи заднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке, используя предшествующий уровень техники.
Фиг.23(а)-23(е) представляют собой графики, которые показывают самую высокую достигаемую температуру и распределение температур в текущий момент времени в зависимости от положений на стальной трубе в случае, когда части за исключением переднего концевого участка и заднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке, используя настоящее изобретение.
Фиг.24 представляет собой график, который показывает зависимость между твердостью стальной трубы и положением на стальной трубе в Сравнительных Примерах 3-1-3-4.
Фиг.25 представляет собой концептуальное изображение для разъяснения незакаленной части и части с твердостью основного металла.
Фиг.26(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 3-1, в зависимости от времени. Фиг.26(b) представляет собой график, который показывает положение при подаче стальной трубы в Примере 3-1 в зависимости от времени.
Фиг.27(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 3-2, в зависимости от времени. Фиг.27(b) представляет собой график, который показывает положение при подаче стальной трубы в Примере 3-2 в зависимости от времени.
Фиг.28(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 3-3, в зависимости от времени. Фиг.28(b) представляет собой график, который показывает положение при подаче стальной трубы в Примере 3-3 в зависимости от времени.
Фиг.29(а)-29(е) представляют собой графики, которые показывают самую высокую достигаемую температуру и распределение температур в текущий момент времени в зависимости от положений на стальной трубе в случае, когда части за исключением переднего концевого участка и заднего концевого участка стальной трубы подвергают гибке, используя предшествующий уровень техники.
[Варианты осуществления изобретения]
[0040]
[Способ изготовления изогнутого элемента]
В дальнейшем варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на сопровождающие чертежи. В нижеприведенных описаниях описан пример в случае, когда подвергают гибке стальную трубу, в которой поперечное сечение имеет круглую форму. Тем не менее, настоящее изобретение также может быть применено для стальной трубы, в которой поперечное сечение имеет прямоугольную форму, при условии, что она представляет собой длинную стальную трубу, имеющую конец с отверстием. Кроме того, одни и те же ссылочные позиции присвоены одним и тем же элементам, и «перекрывающиеся» описания соответственно исключены.
[0041]
[Первый вариант осуществления]
В способе изготовления изогнутого элемента в соответствии с первым вариантом осуществления при гибке переднего концевого участка стальной трубы, за счет уменьшения в максимально возможной степени незакаленной части, образующейся на переднем концевом участке стальной трубы, и нагреве части с малым диаметром зажимного устройства, удерживающего передний концевой участок стальной трубы, так, чтобы температура нагрева была не выше чем 500°С, улучшается производительность и экономическая эффективность при изготовлении изогнутого элемента и предотвращается усталостное разрушение части с малым диаметром зажимного устройства, удерживающего передний концевой участок стальной трубы.
0
1
3
4
1
0
Фиг.1А-1Е представляют собой схематические изображения, показывающие состояния стальной трубы 1 и устройства 0 для горячей гибки стальной трубы в том случае, когда зону вблизи переднего концевого участка 1b стальной трубы 1 подвергают гибке в соответствии с настоящим изобретением. Фиг.1А-1Е соответственно показывают состояния стальной трубы 1 и устройства 0 для горячей гибки стальной трубы в моменты времени t, t, t и t. Кроме того, момент времени t представляет собой время, когда прошло Δt секунд с момента времени t.
[0042]
0
Как показано на фиг.1А, в момент времени t стальная труба 1 находится в положении, в котором стальная труба 1 нагревается устройством 5 индукционного нагрева так, чтобы она подверглась индукционному нагреву вдоль продольного направления (направления вправо на фиг.1А) при переднем концевом участке 1b в качестве начальной точки.
[0043]
Далее, начинают подачу стальной трубы 1 с передним концевым участком 1b в качестве головы в продольном направлении посредством подающего устройства 3 и индукционный нагрев (высокочастотный индукционный нагрев) стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 нагрева. В направлении подачи стальной трубы 1 охлаждающая среда (охлаждающая вода) нагнетается из охлаждающего устройства 6, которое расположено так, что оно отделено от устройства 5 индукционного нагрева, на задней по ходу стороне устройства 5 индукционного нагрева, и стальная труба 1, которая нагревается устройством 5 индукционного нагрева, охлаждается.
Стальная труба 1 нагревается устройством 5 индукционного нагрева, и нагретая часть 1а образуется на стальной трубе 1. Как показано на фиг.1В-1Е, положение нагретой части 1а, образованной на стальной трубе 1, немного смещено, если положение устройства 5 индукционного нагрева представляет собой точку отсчета. С другой стороны, в том случае, когда передний концевой участок 1b представляет собой точку отсчета, положение нагретой части 1а смещается в направлении, противоположном направлению подачи стальной трубы 1. То есть расстояние между нагретой частью 1а и передним концевым участком 1b увеличивается по мере подачи стальной трубы 1 в продольном направлении.
[0044]
Далее, зажимное устройство 10, удерживающее передний концевой участок 1b стальной трубы 1, перемещается в трехмерном направлении посредством приводного механизма 9, и обеспечивается подведение изгибающего момента к нагретой части 1а стальной трубы 1. Соответственно, стальная труба 1 подвергается гибке.
Кроме того, в качестве приводного механизма 9 может быть использована рука робота или тому подобное.
[0045]
В данном варианте осуществления количество тепла, подводимое к переднему концевому участку 1b при образовании нагретой части 1а на переднем концевом участке 1b, превышает количество тепла, подводимое к части (в дальнейшем называемой смежной с передней по ходу стороной частью), смежной с передней по ходу стороной переднего концевого участка 1b, при образовании нагретой части 1а на смежной с передней по ходу стороной части.
В качестве способа допуска подведения количества тепла к переднему концевому участку 1b при образовании нагретой части 1а на переднем концевом участке 1b, превышающего количество тепла, подводимого к смежной с передней по ходу стороной части, при образовании нагретой части 1а на смежной с передней по ходу стороной части переднего концевого участка 1b, имеются способ, в котором изменяют по меньшей мере одно из следующего: скорость подачи при подаче стальной трубы 1 в продольном направлении и количество тепла, подводимое от устройства 5 индукционного нагрева к нагреваемой части 1а, и способ, в котором начинают подачу стальной трубы 1 после того, как начинают подачу высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева, и истечет заранее заданный промежуток времени.
В дополнение, существует возможность изменения количества тепла, подводимого к стальной трубе 1 при образовании нагретой части 1а, за счет изменения высокочастотной электроэнергии, подаваемой к устройству 5 индукционного нагрева.
[0046]
[Аспектный Пример 1-1]
В Аспектном Примере 1-1 подачу стальной трубы 1 начинают после того, как начнут подачу высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева, и истечет заранее заданный промежуток времени.
[0047]
0
1
В аспектном примере 1-1 индукционный нагрев выполняется на стальной трубе 1 за счет подачи высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева в состоянии, в котором подача стальной трубы 1 прекращена между моментом времени t, показанным на фиг.1А, и моментом времени t, показанным на фиг.1В.
1
0
После этого в момент времени t, когда истечет Δt секунд с момента времени t, начинают подачу стальной трубы 1 в продольном направлении.
[0048]
Далее, подающее устройство 3 приводится в действие из состояния по фиг.1В, и начинают подачу стальной трубы 1 в продольном направлении. Например, скорость подачи стальной трубы 1 в продольном направлении может составлять от 10 до 200 мм в секунду.
[0049]
2
1
0
2
2
0
2
В момент времени t, показанный на фиг.1С, нагретая часть 1а образуется в положении на расстоянии L в продольном направлении от переднего концевого участка 1b стальной трубы 1. То есть фиксатор 10b зажимного устройства 10 входит в контакт с нагретой частью 1а от момента времени t до момента времени t. Однако фиксатор 10 не входит в контакт с нагретой частью 1а во время после момента времени t. Соответственно, при задании времени от момента времени t до t в соответствующем диапазоне можно предотвратить чрезмерное увеличение температуры фиксатора 10b зажимного устройства 10.
[0050]
3
2
3
2
Далее, в момент времени t, показанный на фиг.1D, нагретая часть 1а образуется в положении стальной трубы 1 на расстоянии L в продольном направлении от переднего концевого участка 1b стальной трубы 1. В момент времени t нагретая часть 1а нагрета до заранее заданной температуры (например, 800°С или выше), которая выше точки Ас3. Соответственно, твердость нагретой части 1а, образованной в положении на расстоянии L в продольном направлении от переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, изменяется до твердости, при которой стальная труба 1 может быть изогнута посредством приводного механизма 9, и существует возможность выполнения закалки посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6.
[0051]
3
4
Изгибающий момент подают к нагретой части 1а от момента времени t, показанного на фиг.1D, до момента времени t, показанного на фиг.1Е, и стальная труба 1 подвергается гибке.
[0052]
Существует возможность задания времени Δt, которое является временем от начала индукционного нагрева стальной трубы 1 до начала подачи стальной трубы 1, на основе результата моделирования или предварительного испытания. В качестве примера предварительного испытания приводится способ, в котором гибку выполняют в состоянии, в котором группа термопар соединена с группой точек стальной трубы 1 в продольном направлении для измерения температур данной группы точек, и получают результаты измерения температуры (этап измерения температуры). В дополнение, скорость подачи стальной трубы 1 может быть определена исходя из результатов измерения температуры, полученных посредством предварительного испытания.
[0053]
Время Δt, которое является временем от начала индукционного нагрева стальной трубы 1 до начала подачи стальной трубы, предпочтительно составляет 2 секунды или менее. Поскольку время Δt, которое является временем от начала индукционного нагрева стальной трубы 1 до начала подачи стальной трубы 1, составляет 2 секунды или менее, существует возможность предотвращения нагрева нагретой части 1а стальной трубы 1 до температуры, которая выше температуры, при которой происходит укрупнение частиц стального материала, или температуру (например, 1100°С), при которой вязкость стального материала снижается.
Более предпочтительно, если время Δt, которое является временем от начала индукционного нагрева стальной трубы 1 до начала подачи стальной трубы 1, составляет 0,3 секунды или менее. Поскольку время Δt, которое является временем от начала индукционного нагрева стальной трубы 1 до начала подачи стальной трубы 1, составляет 0,3 секунды или менее, возможно гарантировать то, что незакаленная часть, необходимая для сварки или сверления концевой части элемента, будет иметь размер в диапазоне 30 мм или менее.
Особенно предпочтительно, если время Δt, которое является временем от начала индукционного нагрева стальной трубы 1 до начала подачи стальной трубы 1, составляет 0,04 секунды или менее. Поскольку время Δt, которое является временем от начала индукционного нагрева стальной трубы 1 до начала подачи стальной трубы 1, составляет 0,04 секунды или менее, возможно гарантировать закаленную зону в концевой части (в интервале 3 мм или менее) элемента.
[0054]
В данном документе ситуация с закалкой в Аспектном Примере 1-1 будет описана со ссылкой на фиг.2-4В. В действительности способ 3DQ реализуют в состоянии, в котором устройство 5 индукционного нагрева и охлаждающее устройство 6 зафиксированы, и стальную трубу 1 подают посредством подающего устройства 1. Однако в нижеприведенных описаниях для обеспечения легкого понимания положение каждого устройства описано в соответствии с относительным положением к стальной трубе 1.
[0055]
Фиг.2(а) представляет собой график, который показывает количество тепла (вертикальная ось), подводимое к стальной трубе посредством устройства индукционного нагрева, в зависимости от положения(горизонтальная ось) на стальной трубе. Фиг.2(b) представляет собой график, который показывает температуру (вертикальная ось) на поверхности стальной трубы, когда устройство индукционного нагрева расположено в точке А, в зависимости от положения (горизонтальная ось) на стальной трубе. Фиг.2(с) представляет собой график, который показывает самую высокую достигаемую температуру (вертикальная ось) в зависимости от положения (горизонтальная ось) на стальной трубе. Фиг.2(d) представляет собой график, который показывает твердость (вертикальная ось) в зависимости от положения (горизонтальная ось) на стальной трубе.
Кроме того, начальная точка на горизонтальной оси на каждой из фиг.2(а)-2(d) соответствует переднему концевому участку 1b стальной трубы 1.
[0056]
Как показано на фиг.2(а), количество тепла, подводимое к стальной трубе 1, имеет распределение колоколообразной формы с устройством 5 индукционного нагрева в качестве центра. Устройство 5 индукционного нагрева совершает относительное перемещение в соответствии с подачей стальной трубы 1.
Как показано на фиг.2(b), температура нагрева стальной трубы 1 посредством устройства 5 индукционного нагрева становится максимальной в зоне вблизи части (в дальнейшем называемой «охлаждаемой частью»), которая охлаждается охлаждающей средой (стрелки по фиг.2(b)), нагнетаемой охлаждающим устройством 6, и охлаждаемая часть быстро охлаждается нагнетаемой охлаждающей средой.
[0057]
Поскольку в способе 3DQ стальная труба 1 быстро охлаждается, почти все структуры стали превращаются из аустенита в мартенсит. Соответственно, как показано на фиг.2(с), твердость стальной трубы 1 изменяется за счет самой высокой достигаемой температуры.
В частности, твердость, показанная на фиг.2(d), представляет собой такую же твердость, как твердость основного металла в части стальной трубы 1, в которой самая высокая достигаемая температура меньше или равна точке Ас1, представляет собой твердость полного мартенсита в части, в которой самая высокая достигаемая температура равна или выше точки Ас3, и представляет собой твердость между твердостью основного металла и твердостью полного мартенсита в части, в которой самая высокая достигаемая температура выше точки Ас1 и ниже точки Ас3.
[0058]
Фиг.3(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию (вертикальная ось), подаваемую к устройству 5 индукционного нагрева по Аспектному Примеру 1-1, в зависимости от времени (горизонтальная ось). Фиг.3(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи (вертикальная ось) стальной трубы в Аспектном Примере 1-1 в зависимости от времени (горизонтальная ось).
[0059]
Фиксатор 10b охлаждают посредством нагнетания охлаждающей среды к фиксатору 10bзажимного устройства 10 из охлаждающего устройства 6 перед началом подачи и индукционного нагрева стальной трубы 1. Кроме того, охлаждающая среда может нагнетаться ко всему фиксатору 10b или к части фиксатора 10b.
Как описано ниже, в данном варианте осуществления количество тепла, подводимое к переднему концевому участку 1b стальной трубы 1 при образовании нагретой части 1а на переднем концевом участке 1b, больше количества тепла, которое подводится к смежной с передней по ходу стороной части при образовании нагретой части 1а на смежной с передней по ходу стороной части. Однако за счет охлаждения фиксатора 10b зажимного устройства 10 перед началом подачи и индукционного нагрева стальной трубы 1 можно предотвратить нагрев фиксатора 10b зажимного устройства 10 до температуры выше чем 500°С, даже когда нагретая часть 1а образуется на переднем концевом участке 1b стальной трубы 1.
[0060]
0
0
Далее, высокочастотная энергия подается к устройству 5 индукционного нагрева в состоянии, в котором охлаждающая среда, нагнетаемая из охлаждающего устройства 6, нагнетается к фиксатору 10b, и начинают индукционный нагрев стального листа 1 (момент времени t). В течение Δt секунд (в течение 0,15 секунды на фиг.3(b)) от момента времени t подача стальной трубы 1 не выполняется, и выполняются только индукционный нагрев и охлаждение.
1
0
Подачу стальной трубы 1 начинают в момент времени t через Δt секунд после момента времени t. Соответственно, количество тепла, подводимое к переднему концевому участку 1b стальной трубы 1 при образовании нагретой части 1а на переднем концевом участке 1b, превышает количество тепла, которое подводится к смежной с передней по ходу стороной части,, при образовании нагретой части 1а на смежной с передней по ходу стороной части. За счет допуска подведения количества тепла к переднему концевому участку 1b стальной трубы 1 при образовании нагретой части 1а на переднем концевом участке 1b, превышающего количество тепла, которое подводится к смежной с передней по ходу стороной части, при образовании нагретой части 1а на смежной с передней по ходу стороной части, можно выполнить гибку зоны вблизи переднего концевого участка 1b в максимально возможной степени при одновременном образовании незакаленной части на переднем концевом участке 1b.
[0061]
Когда изогнутый элемент, изготовленный посредством данного варианта осуществления, используется в качестве компонента автомобиля или тому подобного, в большинстве случаев изогнутый элемент присоединяют к другим элементам сваркой. В том случае, когда изогнутый элемент, изготовленный посредством данного варианта осуществления, приваривают к другим элементам, предпочтительно, если концевая часть (передний концевой участок 1b и задний концевой участок 1d) изогнутого элемента, изготовленного посредством данного варианта осуществления, не будет закаленной. Поскольку незакаленная часть образуется на переднем концевом участке 1b изогнутой стальной трубы 1 по Аспектному Примеру 1-1, изогнутый элемент является подходящим при приваривании изогнутого элемента к другим элементам.
В дополнение, поскольку в соответствии со способом изготовления изогнутого элемента по Аспектному Примеру 1-1 существует возможность уменьшения размеранезакаленной части, образующейся на переднем концевом участке 1b, не требуется этап резки ненужной части переднего концевого участка 1b при изготовлении изогнутого элемента. Соответственно, существует возможность улучшения производительности и экономической эффективности, связанных с изготовлением изогнутого элемента.
[0062]
[Аспектный Пример 1-2]
В Аспектном Примере 1-2 для обеспечения того, чтобы количество тепла, подводимое к переднему концевому участку 1b при образовании нагретой части 1а на переднем концевом участке 1b, было больше количества тепла, которое подводится к смежной с передней по ходу стороной части, при образовании нагретой части 1а на смежной с передней по ходу стороной части, изменяют скорость подачи стальной трубы 1.
Фиг.5(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию (вертикальная ось), подаваемую к устройству 5 индукционного нагрева по Аспектному Примеру 1-2, в зависимости от времени (горизонтальная ось). Фиг.2(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи (вертикальная ось) стальной трубы 1 в Аспектном Примере 1-2 в зависимости от времени (горизонтальная ось).
[0063]
В аспектном примере 1-2, как показано на фиг.5(а) и 5(b), индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, и подачу стальной трубы 1, выполняемую подающим устройством 3, начинают одновременно. Как показано на фиг.5(а), постоянная высокочастотная электроэнергия подается устройству 5 индукционного нагрева с момента начала подачи высокочастотной энергии. С другой стороны, как показано на фиг.5(b), при подаче стальной трубы 1, выполняемой подающим устройством 3, скорость подачи постепенно увеличивается с момента начала подачи и становится постоянной скоростью подачи после достижения заранее заданной скорости подачи.
В дополнение, скорость подачи при начале подачи, скорость подачи после увеличения скорости подачи и степень увеличения скорости подачи предпочтительно заданы такими, чтобы не происходило чрезмерного увеличения температуры нагрева стальной трубы 1 (например, стальная труба 1 не нагревается до температуры выше чем 1100°С). В дополнение, Аспектный пример 1-2 является таким же, как Аспектный пример 1-1, в том, что предпочтительно охладить фиксатор 10b зажимного устройства 10 охлаждающей средой перед началом подачи и индукционного нагрева.
[0064]
[Аспектный Пример 1-3]
В Аспектном Примере 1-3 количество тепла, подводимое к переднему концевому участку 1b стальной трубы 1 при образовании нагретой части 1а на переднем концевом участке 1b, превышает количество тепла, которое подводится к смежной с передней по ходу стороной части, при образовании нагретой части 1а на смежной с передней по ходу стороной части, за счет изменения высокочастотной электроэнергии, подаваемой к устройству 5 индукционного нагрева, при одновременном поддержании постоянной скорости подачи стальной трубы 1.
Фиг.6(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию (вертикальная ось), подаваемую к устройству индукционного нагрева по Аспектному Примеру 1-3, в зависимости от времени (горизонтальная ось). Фиг.6(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи (вертикальная ось) стальной трубы в Аспектном Примере 1-3 в зависимости от времени (горизонтальная ось).
[0065]
В Аспектном Примере 1-3, как показано на фиг.6(а) и 6(b), индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, и подачу стальной трубы 1, выполняемую подающим устройством 3, начинают одновременно. Как показано на фиг.6(а), высокочастотная электроэнергия, подаваемая к устройству 5 индукционного нагрева в течение заранее заданного времени от начала индукционного нагрева, является постоянной. Однако после истечения заранее заданного времени высокочастотная электроэнергия, подаваемая к устройству 5 индукционного нагрева, уменьшается. С другой стороны, как показано на фиг.6(b), скорость подачи стальной трубы 1 после начала подачи является постоянной.
В дополнение, Аспектный пример 1-3 является таким же, как Аспектный пример 1-1, в том, что предпочтительно охладить фиксатор 10b зажимного устройства 10 охлаждающей средой перед началом подачи и индукционного нагрева.
[0066]
В вышеприведенных описаниях Аспектные Примеры 1-1-1-3 реализованы соответственно независимо друг от друга. Однако два или более из Аспектных Примеров 1-1-1-3 могут быть скомбинированы.
[0067]
В соответствии с предшествующими исследованиями авторы настоящего изобретения установили, что количества тепла, подводимые к стальной трубе 1 при выполнении индукционного нагрева, отличались друг от друга на 10% в соответствии с положениями на стальной трубе 1 в направлении вдоль окружности в том случае, когда использовался предшествующий уровень техники. На основе знаний, полученных посредством предшествующего исследования, на фиг.9(b) сделано предположение, что в положениях А и В подводимые количества тепла при выполнении индукционного нагрева отличаются друг от друга на 10%, и показана зависимость между самой высокой достигаемой температурой (вертикальная ось) и положением (горизонтальная ось) на стальной трубе.
В том случае, когда зависимость между самой высокой достигаемой температурой (вертикальная ось) и положением (горизонтальная ось) на стальной трубе 1 показана на фиг.9(b), зависимость между твердостью (вертикальная ось) и положением (горизонтальная ось) на стальной трубе 1 показана на фиг.9(с). Как показано на фиг.9(с) в том случае, когда количества тепла, подводимые посредством индукционного нагрева, отличаются друг от друга в направлении вдоль окружности стальной трубы 1, положения увеличения твердости отличаются друг от друга в соответствии с положениями в направлении вдоль окружности.
[0068]
Как описано выше, поскольку положения увеличения твердости отличаются друг от друга в соответствии с положениями на стальной трубе 1, определяемыми в направлении вдоль окружности, качество изготовленного изогнутого элемента неоднородное, что не является предпочтительным.
В соответствии со способом изготовления изогнутого элемента по представленному варианту осуществления можно в большей степени униформизировать твердость стальной трубы 1 в направлении вдоль окружности по сравнению с предшествующим уровнем техники.
[0069]
[Второй вариант осуществления]
В способе изготовления изогнутого элемента в соответствии со вторым вариантом осуществления, за счет уменьшения незакаленной части, образующейся на заднем концевом участке стальной трубы, в максимально возможной степени и нагрева части с малым диаметром зажимного устройства, удерживающего задний концевой участок стальной трубы, так, чтобы температура не была не выше чем 500°С, когда подвергают гибке задний концевой участок стальной трубы, обеспечивается улучшение производительности и экономической эффективности при изготовлении изогнутого элемента, и предотвращается усталостное разрушение части с малым диаметром зажимного устройства, удерживающего задний концевой участок стальной трубы.
[0070]
Фиг.22А-22D представляют собой схематические изображения, показывающие состояние, в котором зону вблизи заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 подвергают гибке, используя предшествующий уровень техники.
[0071]
4
4
Фиг.22А показывает состояние в момент времени t, когда выполняются индукционный нагрев, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, и подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3. В момент времени t задний концевой участок 1d стальной трубы 1 расположен в положении, отделенном от устройства 5 индукционного нагрева и охлаждающего устройства 6.
4
5
5
Задний концевой участок 1d стальной трубы 1 постепенно приближается к устройству 5 индукционного нагрева и охлаждающему устройству 6 в интервале от момента времени t, показанного на фиг.22А, до момента времени t, показанного на фиг.22В. Поскольку в момент времени t выполняется индукционный нагрев стальной трубы 1, на стальной трубе 1 образуется нагретая часть 1а.
[0072]
7
6
Индукционный нагрев стальной трубы 1 прекращается непосредственно перед тем, как будет достигнут момент времени t, показанный на фиг.22D, от момента времени t, показанного на фиг.22С.
7
После этого выполняются подача и охлаждение стальной трубы 1, и гибка стальной трубы 1 заканчивают в момент времени t, показанный на фиг.22D.
[0073]
Тем не менее, автор настоящего изобретения обнаружил, что задний концевой участок 1d стальной трубы 1 был нагрет до температуры выше чем 1100°С, если гибка зоны вблизи заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 осуществлялась способом, показанным на фиг.22А-22D.
[0074]
В том случае, когда задний концевой участок 1d стальной трубы 1 нагревается до температуры выше чем 1100°С, укрупнение частиц металлографических структур генерируется в нагретой части 1а, и обрабатываемость ухудшается, что не является предпочтительным.
В дополнение, в том случае, когда задний концевой участок 1d стальной трубы 1 нагревается до температуры выше чем 1100°С, существует вероятность того, что фиксатор 10b зажимного устройства 10, удерживающего задний концевой участок 1d стальной трубы 1, нагреется до температуры выше чем 500°С. Если фиксатор 10b зажимного устройства 10 нагреется до температуры выше чем 500°С, существует вероятность усталостного разрушения зажимного устройства 10, что не является предпочтительным.
Кроме того, в том случае, когда задний концевой участок 1d стальной трубы 1 нагревается до температуры выше чем 1100°С, задний концевой участок 1d стальной трубы 1 размягчается, и существует вероятность деформирования заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 под действием удерживающей силы зажимного устройства 10, что не является предпочтительным.
[0075]
Для того чтобы не нагревать задний концевой участок 1d стальной трубы 1 до температуры выше чем 1100°С, разработан способ, в котором прекращают индукционный нагрев, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, в положении, отделенном от заднего концевого участка 1d стальной трубы 1, когда выполняется гибка стальной трубы 1. Тем не менее, в том случае, когда индукционный нагрев, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, прекращается в положении, отделенном от заднего концевого участка 1d стальной трубы 1, когда выполняется гибка стальной трубы 1, незакаленная часть, образующаяся на заднем концевом участке 1d стальной трубы 1, увеличивается, что не является предпочтительным по соображениям, связанным с производительностью и экономической эффективностью.
[0076]
Соответственно, требуется способ изготовления изогнутого элемента, посредством которого размер незакаленной части, образующейся на заднем концевом участке 1d стальной трубы 1, уменьшается в максимально возможной степени, и задний концевой участок 1d стальной трубы 1 не нагревается до температуры выше чем 1100°С.
[0077]
Фиг.15 представляет собой схематическое изображение, показывающее стальную трубу 1 и устройство 0 для горячей гибки стальной трубы, когда зона вблизи заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 подвергается гибке в соответствии со способом 3DQ. Расстояние Е на фиг.15 представляет собой расстояние от заднего по ходу конца (в дальнейшем называемого положением окончания гибки) части, в которой выполняется гибка на стальной трубе 1, до заднего концевого участка 1d стальной трубы 1.
Фиг.16(а) представляет собой схематическое изображение, показывающее взаимное расположение стальной трубы 1 и устройства 0 для горячей гибки стальной трубы вблизи заднего концевого участка 1d стальной трубы 1. Расстояние F на фиг.16(а) представляет собой расстояние контакта фиксатора 10b зажимного устройства 10, и внутренней поверхности заднего концевого участка 1d стальной трубы 1. Расстояние G на фиг.16(а) представляет собой расстояние от центральной части (в дальнейшем называемой положением окончания нагрева) нагретой части 1а в продольном направлении, когда индукционный нагрев стальной трубы 1 заканчивают до заднего концевого участка 1d стальной трубы 1.
Фиг.16(b) представляет собой график, который показывает зависимость между твердостью (вертикальная ось) и положением (горизонтальная ось) на стальной трубе 1 вблизи заднего концевого участка 1d стальной трубы 1. Расстояние Н на фиг.16(b) представляет собой расстояние от заднего по ходу конца (в дальнейшем называемого положением уменьшения твердости) части, в которой твердость составляет 500 HV, в стальной трубе 1, до заднего концевого участка 1d стальной трубы 1.
[0078]
В том случае, когда расстояние Н является длинным, незакаленная часть, образующаяся на заднем концевом участке 1d стальной трубы 1, увеличивается. Поскольку в том случае, когда незакаленная часть увеличивается, может потребоваться этап резки незакаленной части, производительность и экономическая эффективность при изготовлении изогнутого элемента уменьшаются.
Для уменьшения расстояния Н рассматривается способ, который обеспечивает уменьшение расстояния G. Однако если расстояние G уменьшается, задний концевой участок 1d стальной трубы 1 может нагреваться до температуры выше чем 1100°С. В том случае, когда задний концевой участок 1d стальной трубы 1 нагревается до температуры выше чем 1100°С, укрупнение частиц металлографических структур генерируется в нагретой части 1а, и обрабатываемость ухудшается, что не является предпочтительным.
В дополнение, в том случае, когда задний концевой участок 1d стальной трубы 1 нагревается до температуры выше чем 1100°С, существует вероятность того, что фиксатор 10b зажимного устройства 10, удерживающего задний концевой участок 1d стальной трубы 1, нагреется до температуры выше чем 500°С. Если фиксатор 10b зажимного устройства 10 нагреется до температуры выше чем 500°С, существует вероятность возникновения усталостного разрушения зажимного устройства 10, что не является предпочтительным.
Кроме того, в том случае, когда задний концевой участок 1d стальной трубы 1 нагревается до температуры выше чем 1100°С, задний концевой участок 1d стальной трубы 1 размягчается, и существует вероятность деформирования заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 под действием удерживающей силы 10, действующей со стороны зажимного устройства 10, что не является предпочтительным.
[0079]
Фиг.17(а) представляет собой результат моделирования, который показывает зависимость между самой высокой достигаемой температурой (вертикальная ось) и положением (горизонтальная ось) на стальной трубе 1, когда предполагается, что количество тепла, подводимое к положению А, показанному на фиг.9(а), превышает на 10% количество тепла, подводимое к положению В, при гибке зоны вблизи заднего концевого участка 1d стальной трубы 1. Фиг.17(b) представляет собой результат моделирования, который показывает зависимость между твердостью (вертикальная ось) и положением (горизонтальная ось) на стальной трубе 1, когда предполагается, что количество тепла, подводимое к положению А, показанному на фиг.9(а), превышает на 10% количество тепла, подводимое к положению В, при гибке зоны вблизи заднего концевого участка 1d стальной трубы 1.
Как показано на фиг.17(b), в том случае, когда предполагается, что количество тепла, подводимое к положению А, показанному на фиг.9(а), превышает на 10% количество тепла, подводимое к положению В, часть со уменьшением твердости в положении А и положение уменьшения твердости в положении В находятся на расстоянии I друг от друга, определяемом в продольном направлении стальной трубы 1. Для улучшения производительности и экономической эффективности при изготовлении изогнутого элемента предпочтительно уменьшить расстояние I в максимально возможной степени. Для уменьшения расстояния I необходимо униформизировать количество тепла, подводимое к стальной трубе 1, в направлении вдоль окружности.
[0080]
Фиг.18(а)-18(d) представляют собой графики, которые показывают самую высокую достигаемую температуру и распределение температур (вертикальная ось) в текущий момент времени в зависимости от положений (горизонтальная ось) на стальной трубе в случае, когда зону вблизи заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 подвергают гибке, используя предшествующий уровень техники. Кроме того, начальная точка по горизонтальной оси на фиг. 18(а)-18(d) соответствует произвольному положению на стальной трубе 1.
Кроме того, на фиг. 18(а)-18(d) та часть стальной трубы 1, которая подвергается индукционному нагреву посредством устройства 5 индукционного нагрева, показана в виде нагретой части, и та часть стальной трубы 1, которая охлаждается посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, показана в виде охлаждаемой части.
[0081]
В момент времени, показанный на фиг.18(а), выполняются индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, и подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3.
[0082]
Фиг.18(b) показывает состояние, в котором индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, и подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3, выполняются непрерывно после состояния, показанного на фиг.18(а). В момент времени, показанный на фиг.18(b), прекращается индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева.
Фиг.18(с) показывает состояние, в котором индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, прекращен, и охлаждение и подача стальной трубы 1 выполняются после состояния, показанного на фиг.18(b). В момент времени, показанный на фиг.18(с), часть, имеющая температуру выше чем точка Ас1, отсутствует.
Фиг.18(d) показывает состояние, в котором охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, и подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3, выполняются после состояния, показанного на фиг.18(с). В момент времени, показанный на фиг.18(d), гибку стальной трубы заканчивают.
[0083]
Фиг.18(е) представляет собой график, который показывает зависимость между твердостью (вертикальная ось) стальной трубы 1 и положением (горизонтальная ось) на стальной трубе 1 после выполнения гибки, показанной на фиг.18(а)-18(d). Кроме того, начальная точка на горизонтальной оси на фиг.18(е) соответствует произвольному положению на стальной трубе 1.
Расстояние J, показанное на фиг.18(е), показывает расстояние от положения уменьшения твердости до положения, в котором самая высокая достигаемая температура вблизи заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 составляет 500°С. Для обеспечения возможности того, чтобы температура нагрева фиксатора 10b зажимного устройства 10, удерживающего задний концевой участок 1d стальной трубы 1, составляла 500°С или ниже, предпочтительно, чтобы температура нагрева заднего концевого участка 1d стальной трубы 1, удерживаемого фиксатором 10b зажимного устройства 10, составляла 500°С или ниже. В дополнение, для улучшения производительности и экономической эффективности при изготовлении изогнутого элемента предпочтительно, чтобы положение уменьшения твердости приближалось к заднему концевому участку 1d стальной трубы 1.
По вышеописанным причинам для предотвращения усталостного разрушения зажимного устройства 10, удерживающего задний концевой участок 1d стальной трубы 1, и улучшения производительности и экономической эффективности при изготовлении изогнутого элемента предпочтительно сократить расстояние J.
[0084]
В данном варианте осуществления количество тепла, подводимое к заднему концевому участку 1d при образовании нагретой части 1а на заднем концевом участке 1d, превышает количество тепла, подводимое к части (в дальнейшем называемой смежной с задней по ходу стороной частью), смежной с задней по ходу стороной заднего концевого участка 1d, при образовании нагретой части 1а на смежной с задней по ходу стороной части.
Способ обеспечения возможности того, чтобы количество тепла, подводимое к заднему концевому участку 1d при образовании нагретой части 1а на заднем концевом участке 1d, превышало количество тепла, подводимое к смежной с передней по ходу стороной части заднего концевого участка 1d при образовании нагретой части 1а на смежной с передней по ходу стороной части, представляет собой способ, который обеспечивает прекращение только подачи после состояния, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача выполняются на заднем концевом участке 1d стальной трубы 1, прекращение подачи высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева после истечения заранее заданного времени и прекращение индукционного нагрева стальной трубы 1.
В дополнение, в качестве другого способа имеется способ, который обеспечивает уменьшение скорости подачи стальной трубы 1 после состояния, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача выполняются на заднем концевом участке 1d стальной трубы 1, прекращение подачи высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева после истечения заранее заданного времени и прекращение индукционного нагрева стальной трубы 1.
Кроме того, в качестве еще одного способа имеется способ, который обеспечивает увеличение высокочастотной электроэнергии, подаваемой к устройству 5 индукционного нагрева после состояния, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача выполняются на заднем концевом участке 1d стальной трубы 1, прекращение подачи высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева после истечения заранее заданного времени и прекращение индукционного нагрева стальной трубы 1.
[0085]
Фиг.19(а)-19(d) представляют собой графики, которые показывают самую высокую достигаемую температуру и распределение температур (вертикальная ось) в текущий момент времени в зависимости от положений (горизонтальная ось) на стальной трубе 1 в случае, когда задний концевой участок 1d стальной трубы 1 подвергают гибке, используя настоящее изобретение. В дополнение, начальная точка на горизонтальной оси на фиг. 19(а)-19(d) соответствует произвольному положению на стальной трубе 1.
В момент времени, показанный на фиг.19(а), выполняются индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, и подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3.
[0086]
Фиг.19(b) показывает состояние, в котором индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, и подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3, выполняются непрерывно после состояния, показанного на фиг.19(а). В момент времени, показанный на фиг.19(b), подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3, прекращается, и индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, и охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, непрерывно выполняются.
Фиг.19(с) показывает состояние, в котором индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, и охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, непрерывно выполняются после состояния, показанного на фиг.19(b). В момент времени, показанный на фиг.19(с), осуществляется разблокировка подачи стальной трубы 1, остановленной вследствие остановленного подающего устройства 3, и индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, прекращается. Кроме того, охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, непрерывно выполняется.
[0087]
1
Фиг.19(d) показывает состояние, в котором подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3, и охлаждение стальной трубы 1, выполняемое посредством нагнетания охлаждающей среды из охлаждающего устройства 6, выполняются после состояния, показанного на фиг.19(с). Как показано на фиг.19(d), в случае, когда задний концевой участок 1d стальной трубы 1 подвергают гибке в соответствии с данным вариантом осуществления, генерируется часть (часть, в которой самая высокая достигаемая температура составляет Т), которая имеет самую высокую достигаемую температуру, которая выше температур других частей.
[0088]
Фиг.19(е) представляет собой график, который показывает зависимость между твердостью (вертикальная ось) стальной трубы 1 и положением (горизонтальная ось) на стальной трубе 1 после выполнения гибки, показанной на фиг.19(а)-19(d). В дополнение, начальная точка на горизонтальной оси на фиг.19(е) соответствует произвольному положению на стальной трубе 1. При сравнении расстояния J (см. фиг.18(е)) от положения уменьшения твердости до положения, в котором самая высокая достигаемая температура составляет 500°С, при гибке заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 в соответствии с предшествующим уровнем техники и расстояния J (см. фиг.19(е)) при гибке заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 в соответствии со способом изготовления изогнутого элемента по данному варианту осуществления установлено, что расстояние J при гибке заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 в соответствии со способом изготовления изогнутого элемента по данному варианту осуществления является более коротким, чем расстояние J по предшествующему уровню техники.
Как описано выше, поскольку расстояние J в том случае, когда задний концевой участок 1d стальной трубы 1 подвергают гибке в соответствии со способом изготовления изогнутого элемента по данному варианту осуществления, может быть более коротким, чем расстояние J по предшествующему уровню техники, существует возможность предотвращения усталостного разрушения зажимного устройства 10, удерживающего задний концевой участок 1d стальной трубы 1, и улучшения производительности и экономической эффективности при изготовлении изогнутого элемента
[0089]
[Третий вариант осуществления]
Способ изготовления изогнутого элемента в соответствии с третьим вариантом осуществления представляет собой способ, в котором обеспечивается образование первой нагретой части в положении, не включающем в себя передний концевой участок и задний концевой участок стальной трубы, образование второй нагретой части в положении на передней по ходу стороне первой нагретой части, и образование незакаленной части между первой нагретой частью и второй нагретой частью.
Поскольку в соответствии со способом изготовления изогнутого элемента по третьему варианту осуществления в том случае, когда незакаленную часть изготовленного изогнутого элемента подвергают резке для получения группы изогнутых элементов, твердость незакаленной части, которая представляет собой часть, подвергаемую резке, является низкой, существует возможность легкой резки изогнутого элемента. Кроме того, для более легкой резки части, подвергаемой резке, предпочтительно, чтобы твердость части, подвергаемой резке, была такой же, как твердость основного металла.
В дополнение, поскольку в соответствии со способом изготовления изогнутого элемента по третьему варианту осуществления гибка может быть выполнена вблизи незакаленной части, которая представляет собой часть, подвергаемую резке, не генерируется ненужная часть, и существует возможность улучшения экономической эффективности.
В том случае, когда изогнутый элемент разрезают для получения группы изогнутых элементов при использовании концевой части отрезанного изогнутого элемента в качестве компонента автомобиля или тому подобного, концевую часть присоединяют к остальным элементам сваркой или тому подобным способом в большинстве случаев. В том случае, когда отрезанный изогнутый элемент приваривают к другим элементам, предпочтительно, чтобы концевая часть отрезанного изогнутого элемента была незакаленной. Поскольку незакаленная часть образуется в подвергаемой резке части изогнутого элемента, изготовленного в соответствии с третьим вариантом осуществления, соответствующим образом используется изогнутый элемент, подлежащий привариванию к остальным элементам.
[0090]
Для обеспечения возможности того, чтобы твердость части между первой нагретой частью и второй нагретой частью представляла собой такую же твердость, как твердость основного металла, и чтобы данная часть образовывала незакаленную часть, имеющую как можно более короткий размер по ширине, поскольку индукционный нагрев стальной трубы 1 временно прекращают после состояния, в котором выполняются подача и индукционный нагрев стальной трубы 1, предпочтительно, если подвод высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева будет временно прекращен, и после этого начинают подведение высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что было трудно обеспечить возможность того, чтобы твердость данной части была такой же, как твердость основного металла, и чтобы данная часть образовывала незакаленную часть, имеющую как можно более короткий размер по ширине, посредством вышеописанного способа.
[0091]
Фиг.29(а)-29(е) представляют собой графики, которые показывают самую высокую достигаемую температуру и распределение температур (вертикальная ось) в текущий момент времени в зависимости от положений (горизонтальная ось) на стальной трубе 1 в случае, когда части за исключением переднего концевого участка 1b и заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 подвергают гибке, используя предшествующий уровень техники.
[0092]
Фиг.29(а) показывает состояние, в котором первая нагретая часть образуется в положении, отличающемся от переднего концевого участка 1b и заднего концевого участка 1d стальной трубы 1, за счет подвода высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева при одновременной подаче стальной трубы 1 в продольном направлении. В дополнение, этап образования первой нагретой части назван первым этапом нагрева.
Фиг.29(b) показывает состояние, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача стальной трубы 1 выполняются после состояния, показанного на фиг.29(а). В момент времени, показанный на фиг.29(b), прекращается только индукционный нагрев стальной трубы 1 в состоянии, в котором выполняются охлаждение и подача стальной трубы 1. Соответственно, незакаленная часть образуется между первой нагретой частью и второй нагретой частью. В дополнение, этап образования незакаленной части между первой нагретой частью и второй нагретой частью назван этапом прекращения нагрева.
[0093]
Фиг.29(с) показывает состояние, в котором охлаждение и подача стальной трубы 1 выполняются после состояния, показанного на фиг.29(b). В момент времени, показанный на фиг.29(с), индукционный нагрев стальной трубы 1 возобновляют, и вторая нагретая часть образуется в положении на передней по ходу стороне первой нагретой части. В дополнение, этап образования второй нагретой части назван вторым этапом нагрева. Как показано на фиг.29(с), генерируется часть, которая нагревается как на первом этапе нагрева, так и на втором этапе нагрева.
Фиг.29(d) показывает состояние, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача стальной трубы 1 выполняются после состояния, показанного на фиг.29(с).
[0094]
Фиг.29(е) показывает состояние, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача стальной трубы 1 выполняются после состояния, показанного на фиг.29(d).
Как показано на фиг.29(е), в случае, когда используется предшествующий уровень техники, часть, в которой самая высокая достигаемая температура представляет собой точку Ас1 или ниже ее, не существует после того, как заканчивают первый этап нагрева, этап прекращения нагрева и второй этап нагрева. Соответственно, не образуется часть (в дальнейшем называемая частью с твердостью основного металла), имеющая такую же твердость, как твердость основного металла.
В дополнение, как описано выше, часть с твердостью основного металла не образуется в том случае, когда используется предшествующий уровень техники. Тем не менее, даже когда часть, в которой самая высокая достигаемая температура выше точки Ас1 и ниже точки Ас3, охлаждается, поскольку данная часть не подвергается закалке, образуется незакаленная часть.
[0095]
В отличие от вышеописанного способа рассматривается способ, который обеспечивает удлинение этапа прекращения нагрева для образования части с твердостью базового металла между первой нагретой частью и второй нагретой частью. Тем не менее, поскольку в том случае, когда этап прекращения нагрева удлиняется, размер по ширине незакаленной части увеличивается, может быть генерирована ненужная часть, и экономическая эффективность при изготовления изогнутого элемента снижается.
[0096]
Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что часть с твердостью основного металла, которая имела ширину, превышающую в 1,4 раза или менее ширину зоны нагрева между первой нагретой частью и второй нагретой частью, выполняемого устройством 5 индукционного нагрева, невозможно было образовать в случае, когда использовался предшествующий уровень техники.
[0097]
и
Авторы настоящего изобретения установили, что размер по ширине незакаленной части, образующейся между первой нагретой частью и второй нагретой частью, может быть уменьшен и твердость незакаленной части, образующейся между первой нагретой частью и второй нагретой частью, может быть такой же, как твердость основного металла, за счет подвода количества тепла, которое больше количества тепла, подводимого к первой нагретой части  ко второй нагретой части, при начале второго этапа нагрева.
[0098]
Фиг.23(а)-23(е) представляют собой графики, которые показывают самую высокую достигаемую температуру и распределение температур (вертикальная ось) в текущий момент времени в зависимости от положений (горизонтальная ось) на стальной трубе 1 в случае, когда части за исключением переднего концевого участка 1b и заднего концевого участка 1d стальной трубы 1 подвергают гибке, используя данный вариант осуществления.
[0099]
Фиг.23(а) показывает состояние, в котором первая нагретая часть образуется в положении, отличающемся от переднего концевого участка 1b и заднего концевого участка 1d стальной трубы 1, за счет подвода высокочастотной энергии к устройству 5 индукционного нагрева при одновременной подаче стальной трубы 1 в продольном направлении (первый этап нагрева).
Фиг.23(b) показывает состояние, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача стальной трубы 1 выполняются после состояния, показанного на фиг.23(а). В момент времени, показанный на фиг.23(b), прекращается только индукционный нагрев стальной трубы 1 в состоянии, в котором выполняются охлаждение и подача стальной трубы 1. Соответственно, незакаленная часть образуется между первой нагретой частью и второй нагретой частью (этап прекращения нагрева).
[0100]
Фиг.23(с) показывает состояние, в котором охлаждение и подача стальной трубы 1 выполняются после состояния, показанного на фиг.23(b). В момент времени, показанный на фиг.23(с), индукционный нагрев стальной трубы 1 возобновляют, образуется вторая нагретая часть (второй этап нагрева), и подача стальной трубы 1 прекращается.
Фиг.23(d) показывает состояние, в котором индукционный нагрев и охлаждение стальной трубы 1 выполняются после состояния, показанного на фиг.23(с). В момент времени, показанный на фиг.23(d), возобновляют подачу стальной трубы 1.
Фиг.23(е) показывает состояние, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача стальной трубы 1 выполняются после состояния, показанного на фиг.23(d).
[0101]
Поскольку в соответствии с данным вариантом осуществления, как описано выше, индукционный нагрев выполняется в состоянии, в котором подача стальной трубы 1 прекращена, когда начинают второй этап нагрева, количество тепла, подводимое ко второй нагреваемой части при образовании второй нагретой части, превышает количество тепла, подведенное к первой нагретой части при образовании первой нагретой части. Соответственно, как показано на фиг.23(е), генерируется часть, в которой самая высокая достигаемая температура равна или ниже точки Ас1. Следовательно, в соответствии со способом изготовления изогнутого элемента по данному варианту осуществления существует возможность образования части с твердостью основного металла между первой нагретой частью и второй нагретой частью.
В дополнение, когда начинают второй этап нагрева, поскольку способ, который обеспечивает возможность того, чтобы количество тепла, подведенное ко второй нагретой части при образовании второй нагретой части, было больше количества тепла, подведенного к первой нагретой части при образовании первой нагретой части, существует способ, в котором индукционный нагрев выполняют в состоянии, в котором подачу стальной трубы 1 не прекращают и скорость подачи уменьшают, когда начинают второй этап нагрева. В дополнение, когда начинают второй этап нагрева, поскольку способ, который обеспечивает возможность того, чтобы количество тепла, подведенное ко второй нагретой части при образовании второй нагретой части, было больше количества тепла, подведенного к первой нагретой части при образовании первой нагретой части, существует способ, в котором скорость подачи стальной трубы 1 не изменяют и высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству 5 индукционного нагрева, увеличивают, когда начинают второй этап нагрева.
[0102]
Как описано выше, когда начинают второй этап нагрева, поскольку количество тепла, подводимое ко второй нагреваемой части при образовании второй нагретой части, превышает количество тепла, подведенное к первой нагретой части при образовании первой нагретой части, существует возможность образования части с твердостью основного металла между первой нагретой частью и второй нагретой частью. Соответственно, можно легко разрезать изогнутый элемент.
Кроме того, когда начинают второй этап нагрева, поскольку количество тепла, подводимое ко второй нагреваемой части при образовании второй нагретой части, превышает количество тепла, подведенное к первой нагретой части при образовании первой нагретой части, существует возможность уменьшения размера по ширине незакаленной части, образующейся между первой нагретой частью и второй нагретой частью. В частности, размер по ширине незакаленной части, образующейся между первой нагретой частью и второй нагретой частью, может составлять 0,15 или более или 1,4 или менее от ширины зоны нагрева устройством 5 индукционного нагрева. Соответственно, поскольку ненужная часть не генерируется при резке изогнутого элемента, существует возможность улучшения экономической эффективности при изготовлении изогнутого элемента.
[0103]
[Устройство для горячей гибки стального материала]
Далее будет описано устройство для горячей гибки стального материала в соответствии с представленным вариантом осуществления.
Фиг.7 представляет собой разъясняющий вид, показывающий пример конфигурации устройства для горячей гибки стального материала в соответствии с представленным вариантом осуществления.
[0104]
Как показано на фиг.7, устройство 0 для горячей гибки включает в себя опорное устройство (опорный механизм) 2, подающее устройство (подающий механизм) 3, устройство (механизм индукционного нагрева) 5 индукционного нагрева, охлаждающее устройство (охлаждающий механизм) 6, приводное устройство (приводной механизм) 9, зажимное устройство 10, первое устройство 26 для измерения температуры (первый механизм для измерения температуры), устройство 27 для измерения формы (механизм для измерения формы), второе устройство 28 для измерения температуры (второй механизм для измерения температуры) и управляющее устройство 29.
[0105]
Подающее устройство 3 подает стальную трубу 1 в продольном направлении. При подаче стальной трубы 1, выполняемой подающим устройством 3, скорость подачи может быть постоянной или может быть изменяющейся. Кроме того, подача стальной трубы 1, выполняемая подающим устройством 3, может быть непрерывной или может быть прерывистой.
Опорное устройство 22 обеспечивает опору для стальной трубы 1, которая подается подающим устройством 3.
Устройство 5 индукционного нагрева обеспечивает частичный индукционный нагрев стальной трубы 1. При индукционном нагреве стальной трубы 1, выполняемом устройством 5 индукционного нагрева, высокочастотная электроэнергия, подаваемая к устройству 5 индукционного нагрева, может быть постоянной или может изменяться. Кроме того, индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, может быть непрерывным или может быть прерывистым.
[0106]
Охлаждающее устройство 6 нагнетает охлаждающую среду для частичного охлаждения стальной трубы 1. Примером охлаждающей среды является вода.
Приводное устройство 9 перемещает в трехмерном пространстве зажимное устройство 10, удерживающее передний концевой участок 1b стальной трубы 1, для подведения изгибающего момента к нагретой части 1а стальной трубы 1.
Зажимное устройство 10 удерживает передний концевой участок 1b и задний концевой участок 1d стальной трубы 1.
[0107]
Подающее устройство 3, опорное устройство 22, устройство 5 индукционного нагрева, охлаждающее устройство 6 и зажимное устройство 10 расположены вдоль продольного направления стальной трубы 1.
[0108]
Управляющее устройство 29 управляет подающим устройством 3, устройством 5 индукционного нагрева, охлаждающим устройством 6, приводным устройством 9 и зажимным устройством 10.
Управляющее устройство 29 управляет устройством 5 индукционного нагрева так, чтобы количество тепла при образовании нагретой части 1а на переднем концевом участке 1b стальной трубы 1а превышало количество тепла при образовании нагретой части на смежной с передней по ходу стороной части. Кроме того, управляющее устройство 29 управляет таким образом, чтобы зажимное устройство 10 охлаждалось за счет использования охлаждающей среды посредством охлаждающего устройства 6, когда нагретая часть 1а образуется на переднем концевом участке 1b стальной трубы 1 посредством устройства 5 индукционного нагрева.
[0109]
Управляющее устройство 29 может управлять устройством 5 индукционного нагрева так, чтобы количество тепла, подводимое к заднему концевому участку 1d стальной трубы 1 при образовании нагретой части 1а на заднем концевом участке 1d, было больше количества тепла, подводимого к смежной с задней по ходу стороной части, при образовании нагретой части 1а на смежной с задней по ходу стороной части.
Управляющее устройство 29 может управлять устройством 5 индукционного нагрева так, чтобы первая нагретая часть была образована между передним концевым участком 1b и задним концевым участком 1d стальной трубы 1, вторая нагретая часть была образована в положении на передней по ходу стороне первой нагретой части, и незакаленная часть была образована в положении между первой нагретой частью и второй нагретой частью.
[0110]
Первое устройство 26 для измерения температуры измеряет температуру переднего концевого участка 1b стальной трубы 1. В качестве примера первого устройства 26 для измерения температуры могут быть использованы термопара, которая встроена в фиксатор 10b зажимного устройства 10, термопара, которая измеряет термоэлектродвижущую силу между зажимным устройством 10 и стальной трубой 1, термометр контактного типа, термометр бесконтактного типа или тому подобное.
Устройство 27 для измерения формы измеряет величину деформации контура переднего концевого участка 1b стальной трубы 1. В качестве устройства 27 для измерения формы могут быть использованы датчик смещений контактного типа, датчик смещений бесконтактного типа, измерительное устройство для измерения величины перемещения фиксатора 10b зажимного устройства 10 или тому подобное.
Второе устройство 28 для измерения температуры измеряет температуру нагретой части 1а, образующейся на стальной трубе 1. В качестве примера второго устройства 28 для измерения температуры может быть использован термометр бесконтактного типа, встроенный в устройство 5 индукционного нагрева, или тому подобное.
[0111]
Управляющее устройство 29 может управлять по меньшей мере одним из подающего устройства 3 и устройства 5 индукционного нагрева так, чтобы по меньшей мере одна из температуры переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, измеряемой первым устройством 26 для измерения температуры, величины деформации контура переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, измеряемой устройством 27 для измерения формы, и температуры нагретой части 1а стальной трубы 1, измеряемой вторым устройством 28 для измерения температуры, находилась в заранее заданном диапазоне.
[0112]
Управляющее устройство 29 может изменять по меньшей мере одно из следующего: скорости подачи стальной трубы 1 подающим устройством 3 и высокочастотной энергии, подаваемой к устройству 5 индукционного нагрева после того, как начнут подачу стальной трубы 1, выполняемую подающим устройством 3, и индукционный нагрев стальной трубы 1, выполняемый устройством 5 индукционного нагрева, так, чтобы по меньшей мере одна из температуры переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, измеряемой первым устройством 26 для измерения температуры, величины деформации контура переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, измеряемой устройством 27 для измерения формы, и температуры нагретой части 1а стальной трубы 1, измеряемой вторым устройством 28 для измерения температуры, находилась в заранее заданном диапазоне.
В дополнение, управляющее устройство 29 может начать подачу стальной трубы 1, выполняемой подающим устройством 3, после истечения заранее заданного времени от начала индукционного нагрева стальной трубы 1, выполняемого устройством 5 индукционного нагрева, так, чтобы по меньшей мере одна из температуры переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, измеряемой первым устройством 26 для измерения температуры, величины деформации контура переднего концевого участка 1b стальной трубы 1, измеряемой устройством 27 для измерения формы, и температуры нагретой части 1а стальной трубы 1, измеряемой вторым устройством 28 для измерения температуры, находилась в заданном диапазоне.
[Пример]
[0113]
Настоящее изобретение будет описано конкретно со ссылкой на Пример и Сравнительный Пример.
[0114]
[Пример 1]
За счет гибки стальной трубы, включающей в себя конец с отверстием, имеющий наружный диаметр 31,8 мм и толщину 2,0 мм, посредством использования способа 3DQ была образована S-образная изогнутая часть в центральной в продольном направлении части стальной трубы. Твердость в центральной в продольном направлении части изогнутой стальной трубы составляла 520 HV. В типовом химическом составе стальной трубы содержание углерода С составляло 0,22% масс. и содержание марганца Mn составляло 1,25% масс. Кроме того, Пример 1 представлял собой пример, соответствующий первому варианту осуществления.
[0115]
Фиг.8(а) представляет собой схематическое изображение, показывающее взаимное расположение стальной трубы, устройства индукционного нагрева и охлаждающего устройства в Примере 1. Фиг.8(b) представляет собой график, который показывает твердость (вертикальная ось) стальной трубы в Примере 1 в зависимости от положения (горизонтальная ось) на стальной трубе.
[0116]
В качестве устройства индукционного нагрева использовалась двухвитковая катушка. Скорость подачи стальной трубы была задана как постоянная скорость и составляла 80 мм в секунду. Постоянную высокочастотную электроэнергию (142 кВт) подавали к устройству индукционного нагрева так, что самая высокая достигаемая температура стальной трубы была выше чем 1000°С.
[0117]
На фиг.8(а) и 8(b) расстояние β, показанное на фиг.8(а), представляет собой расстояние, на котором фиксатор 10b зажимного устройства 10 контактирует с внутренней поверхностью стальной трубы, и данное расстояние было задано равным 20 мм. Расстояние γ, показанное на фиг.8(а), представляет собой расстояние от переднего концевого участка стальной трубы до центральной части (в дальнейшем называемой положением начала нагрева) нагретой части в продольном направлении, когда начали индукционный нагрев. Расстояние δ, показанное на фиг.8(а), представляет собой расстояние от положения начала нагрева до переднего по ходу конца охлаждаемой части, и данное расстояние было задано равным 27 мм. Расстояние α, показанное на фиг.8(b), представляет собой расстояние от переднего концевого участка до положения (в дальнейшем называемого положением увеличения твердости), в котором твердость составляет 500 HV.
[0118]
Фиг.9(а) представляет собой вид сбоку стальной трубы для разъяснения положений А и В. Фиг.9(b) представляет собой график, который показывает самые высокие достигаемые температуры (вертикальная ось) в положениях А и В в зависимости от положения (горизонтальная ось) на стальной трубе. Фиг.9(с) представляет собой график, который показывает твердость (вертикальная ось) стальной трубы в положениях А и В в зависимости от положения (горизонтальная ось) на стальной трубе.
[0119]
(Пример 1-1)
Пример 1-1 представляет собой пример, соответствующий Аспектному Примеру 1-1, и в Примере 1-1 подача стальной трубы началась через 0,15 секунды после начала подвода высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева. В Примере 1-1 зависимость между высокочастотной электроэнергией (вертикальная ось), подаваемой к устройству индукционного нагрева, и временем (горизонтальная ось) показана на фиг.10(а), и в Примере 1-1 зависимость между скоростью подачи (вертикальная ось) и временем (горизонтальная ось) показана на фиг.10(b).
[0120]
(Пример 1-2)
Пример 1-2 представляет собой пример, соответствующий Аспектному Примеру 1-2, и в Примере 1-2 подача стальной трубы началась при скорости подачи 26,7 мм в секунду одновременно с началом подвода высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева, и скорость подачи стальной трубы была изменена на 80 мм в секунду через 0,06 секунды. В Примере 1-2 зависимость между высокочастотной электроэнергией (вертикальная ось), подаваемой к устройству индукционного нагрева, и временем (горизонтальная ось) показана на фиг.10(с), и в Примере 1-2 зависимость между скоростью подачи (вертикальная ось) и временем (горизонтальная ось) показана на фиг.10(d).
[0121]
(Пример 1-3)
Пример 1-3 представляет собой пример, соответствующий Аспектному Примеру 1-3, и в Примере 1-3 подача стальной трубы началась одновременно с началом подвода высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева. Когда началась подача высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева, величина высокочастотной энергии, подаваемой к устройству индукционного нагрева, была задана в 2 раза превышающей величину высокочастотной энергии, подаваемой к устройству индукционного нагрева в Примере 1-1 и Примере 1-2. Далее, величину высокочастотной электроэнергии, подаваемой к устройству индукционного нагрева, через 0,1 секунды после начала подачи высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева и начала подачи стальной трубы, изменяли до 0,5 раза. В Примере 1-3 зависимость между высокочастотной электроэнергией (вертикальная ось), подаваемой к устройству индукционного нагрева, и временем (горизонтальная ось) показана на фиг.10(е), и в Примере 1-3 зависимость между скоростью подачи (вертикальная ось) и временем (горизонтальная ось) показана на фиг.10(f).
[0122]
(Сравнительный Пример 1-1)
Поскольку в Сравнительном Примере 1-1 подача высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева началась после истечения заранее заданного времени от начала подачи стальной трубы, высокочастотная электроэнергия, подаваемая к устройству индукционного нагрева, и скорость подачи стальной трубы соответственно представляли собой постоянные величины с начала. В Сравнительном Примере 1-1 зависимость между высокочастотной электроэнергией (вертикальная ось), подаваемой к устройству индукционного нагрева, и временем (горизонтальная ось) показана на фиг.11(а), и в Сравнительном Примере 1-1 зависимость между скоростью подачи (вертикальная ось) и временем (горизонтальная ось) показана на фиг.11(b).
[0123]
Самые высокие температуры фиксаторов зажимных устройств, самые высокие достигаемые температуры стальных труб, расстояния от передних концевых участков стальных труб до положений начала нагрева, расстояния от передних концевых участков стальных труб до положений увеличения твердости, расстояния от передних концевых участков стальных труб до положений начала гибки и расстояния между положениями увеличения твердости в положении А и положениями увеличения твердости в положении В в Примерах 1-1-1-3 и Сравнительном Примере 1-1 показаны в Таблице 1.
[0124]
[Таблица 1]
Самая высокая достигаемая температура фиксатора зажимного устройства, удерживающего передний концевой участок стальной трубы
Самая высокая достигаемая температура стальной трубы
Расстояние от переднего концевого участка стальной трубы до положения начала нагрева
Расстояние от переднего концевого участка стальной трубы до положения увеличения твердости
Расстояние от переднего концевого участка стальной трубы до положения начала гибки
Расстояние между положениям увеличения твердости в положении А и положением увеличения твердости в положении В
Пример 1-1
465°С
1071°С
30 мм
30 мм
45 мм
4 мм
Пример 1-2
493°С
1086°С
28 мм
30 мм
44 мм
3 мм
Пример 1-3
483°С
1095°С
27 мм
30 мм
45 мм
4 мм
Сравнительный Пример 1-1
476°С
1000°С
21 мм
35 мм
54 мм
11 мм
[0125]
В Сравнительном Примере 1-1 даже в том случае, когда нагрев начался из положения, находящегося на расстоянии 21 мм до переднего концевого участка стальной трубы, расстояние от переднего концевого участка до положения увеличения твердости составляло 35 мм и расстояние от переднего концевого участка до положения начала гибки составляло 54 мм.
С другой стороны, в каждом из Примеров 1-1-1-3 самые высокие достигаемые температуры фиксатора зажимного устройства и стальной трубы были уменьшены так, чтобы они были равны заранее заданной температуре или были ниже заранее заданной температуры, и расстояние от переднего концевого участка стальной трубы до положения увеличения твердости и расстояние от переднего концевого участка стальной трубы до положения начала гибки могли быть более короткими, чем соответствующие расстояния в Сравнительном Примере 1-1. С другой стороны, в каждом из Примеров 1-1-1-3 расстояние от переднего концевого участка стальной трубы до положения начала нагрева могло быть более длинным, чем соответствующее расстояние в Сравнительном Примере 1-1.
В дополнение, в каждом из Примеров 1-1-1-3 расстояние между положением увеличения твердости в положении А и положением увеличения твердости в положении В могло быть более коротким, чем соответствующее расстояние в Сравнительном Примере 1-1.
[0126]
[Пример 2]
За счет гибки стальной трубы, включающей в себя конец с отверстием, имеющий наружный диаметр 31,8 мм и толщину 2,0 мм, посредством использования способа 3DQ была образована S-образная изогнутая часть в центральной в продольном направлении части стальной трубы. Твердость центральной в продольном направлении части изогнутой стальной трубы составляла 520 HV. В типовом химическом составе стальной трубы содержание углерода С составляло 0,22% масс. и содержание марганца Mn составляло 1,25% масс. Кроме того, Пример 2 представлял собой пример, соответствующий второму варианту осуществления.
В качестве устройства индукционного нагрева использовалась двухвитковая катушка. Скорость подачи стальной трубы была задана как постоянная скорость и составляла 80 мм в секунду. Постоянную высокочастотную электроэнергию (142 кВт) подавали к устройству индукционного нагрева так, что самая высокая достигаемая температура стальной трубы становилась равной 1000°С.
[0127]
При вышеописанных условиях исследовалось состояние, в котором при гибке зоны вблизи заднего концевого участка стальной трубы фиксатор зажимного устройства, удерживающего задний концевой участок стальной трубы, не нагревался до температуры выше чем 500°С, стальная труба не нагревалась до температуры выше чем 1100°С, и размер по ширине незакаленной части, образующейся на заднем концевом участке стальной трубы, уменьшался в максимально возможной степени.
В частности, в каждом из Примера и Сравнительного Примера были получены самая высокая достигаемая температура фиксатора зажимного устройства, удерживающего задний концевой участок стальной трубы, самая высокая достигаемая температура стальной трубы, расстояние (расстояние G) от положения окончания нагрева стальной трубы до заднего концевого участка, расстояние (расстояние Н) от положения уменьшения твердости стальной трубы до заднего концевого участка, расстояние от положения окончания гибки стальной трубы до заднего концевого участка и расстояние между положением уменьшения твердости в положении А и положением уменьшения твердости в положении В.
[0128]
(Пример 2-1)
В Примере 2-1 только подачу прекращали после состояния, в котором выполнялись индукционный нагрев, охлаждение и подача стальной трубы, и подвод высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева прекращали через 0,15 секунды после прекращения подачи.
Фиг.20(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию (вертикальная ось), подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 2-1, в зависимости от времени (горизонтальная ось). Фиг.20(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи (вертикальная ось) стальной трубы в Примере 2-1 в зависимости от времени (горизонтальная ось).
[0129]
(Пример 2-2)
В Примере 2-2 скорость подачи была уменьшена до 1/3 из состояния, в котором выполнялись индукционный нагрев, охлаждение и подача стальной трубы, и подвод высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева прекращали через 0,06 секунды после уменьшения скорости подачи.
Фиг.20(с) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию (вертикальная ось), подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 2-2, в зависимости от времени (горизонтальная ось). Фиг.20(d) представляет собой график, который показывает скорость подачи (вертикальная ось) стальной трубы в Примере 2-2 в зависимости от времени (горизонтальная ось).
[0130]
(Пример 2-3)
В Примере 2-3 высокочастотную энергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева, увеличивали в 2 раза после состояния, в котором выполнялись индукционный нагрев, охлаждение и подача стальной трубы, и подачу высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева прекращали через 0,01 секунды после увеличения подачи высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева. В дополнение, в Примере 2-3 подачу стальной трубы выполняли с постоянной скоростью подачи.
Фиг.20(e) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию (вертикальная ось), подаваемую к устройству индукционного нагрева по Примеру 2-3, в зависимости от времени (горизонтальная ось). Фиг.20(f) представляет собой график, который показывает скорость подачи (вертикальная ось) стальной трубы в Примере 2-3 в зависимости от времени (горизонтальная ось).
[0131]
(Сравнительный Пример 2-1)
В Сравнительном Примере 2-1 подачу высокочастотной энергии к устройству индукционного нагрева прекращали после состояния, в котором выполнялись индукционный нагрев, охлаждение и подача стальной трубы. Кроме того, в Сравнительном Примере 2-1 подачу стальной трубы выполняли с постоянной скоростью подачи.
Фиг.21(а) представляет собой график, который показывает высокочастотную электроэнергию (вертикальная ось), подаваемую к устройству индукционного нагрева по Сравнительному Примеру 2-1, в зависимости от времени (горизонтальная ось). Фиг.21(b) представляет собой график, который показывает скорость подачи (вертикальная ось) стальной трубы в Сравнительном Примере 2-1 в зависимости от времени (горизонтальная ось).
[0132]
Результаты для Примеров 2-1-2-3 и Сравнительного Примера 2-1 показаны в Таблице 2.
[0133]
[Таблица 2]
Самая высокая достигаемая температура фиксатора зажимного устройства, удерживающего задний концевой участок стальной трубы
Самая высокая достигаемая температура стальной трубы
Расстояние (расстояние G) от положения окончания нагрева стальной трубы до заднего концевого участка
Расстояние (расстояние Н) от положения уменьшения твердости до заднего концевого участка
Расстояние от положения окончания гибки до заднего концевого участка
Расстояние между положением уменьшения твердости в положении А и положением уменьшения твердости в положении В
Пример 2-1
476°С
1082°С
30 мм
30 мм
28 мм
3 мм
Пример 2-2
461°С
1097°С
29 мм
30 мм
28 мм
3 мм
Пример 2-3
478°С
1079°С
27 мм
30 мм
28 мм
3 мм
Сравнительный Пример 2-1
487°С
1000°С
21 мм
34 мм
31 мм
9 мм
[0134]
Как показано в Таблице 2, в каждом из Примеров 2-1-2-3 самая высокая достигаемая температура фиксатора зажимного устройства составляла 500°С или менее, и самая высокая достигаемая температура стальной трубы составляла 1100°С или менее. Кроме того, в каждом из Примеров 2-1-2-3 расстояние (расстояние Н) от положения уменьшения твердости стальной трубы до заднего концевого участка и расстояние от положения окончания гибки стальной трубы до заднего концевого участка были более короткими по сравнению со Сравнительным Примером 2-1. Соответственно, производительность и экономическая эффективность при изготовлении изогнутого элемента улучшалась. Кроме того, в каждом из Примеров 2-1-2-3 расстояние (расстояние G) от положения окончания нагрева стальной трубы до заднего концевого участка могло быть более длинным по сравнению со Сравнительным Примером 2-1.
Кроме того, в каждом из Примеров 2-1-2-3 расстояние между положением уменьшения твердости в положении А и положением уменьшения твердости в положении В было более коротким по сравнению со Сравнительным Примером 2-1. Соответственно, было установлено, что стальная труба была равномерно закалена в направлении вдоль окружности при гибке стальной трубы.
[0135]
[Пример 3]
Стальную трубу, включающую в себя конец с отверстием, имеющий наружный диаметр 31,8 мм и толщину 2,6 мм, подвергали гибке, используя способ 3DQ. В качестве устройства индукционного нагрева использовали двухвитковую катушку. Кроме того, Пример 3 представляет собой пример, соответствующий третьему варианту осуществления.
[0136]
При вышеописанных условиях в каждом из Примера и Сравнительного Примера первую нагретую часть образовывали в положении, не включающем в себя передний концевой участок и задний концевой участок стальной трубы, вторую нагретую часть образовывали в положении на передней по ходу стороне первой нагретой части, незакаленную часть образовывали между первой нагретой частью и второй нагретой частью, и исследовали размер по ширине незакаленной части и ситуацию с образованием твердости основного металла.
[0137]
(Пример 3-1)
В Примере 3-1 только индукционный нагрев прекращали после состояния, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача выполнялись на стальной трубе ((1) по фиг.26(b)). В дополнение, в каждом из Примеров 3-1-3-3 высокочастотная электроэнергия, подаваемая к устройству индукционного нагрева, была задана равной 154 кВт. Кроме того, в Примере 3-1 скорость подачи при подаче стальной трубы была задана равной 80 мм в секунду.
Индукционный нагрев стальной трубы возобновили в тот момент времени, когда стальная труба была подана на 15 мм дальше по ходу после прекращения индукционного нагрева стальной трубы, и подачу стальной трубы прекращали ((3) по фиг.26(b)). Подачу стальной трубы возобновили через 0,15 секунды после прекращения подачи стальной трубы ((4) по фиг.26(b)).
[0138]
(Пример 3-2)
В Примере 3-2 только индукционный нагрев прекращали после состояния, в котором индукционный нагрев, охлаждение и подача выполнялись на стальной трубе ((1) по фиг.27(b)). При этом скорость подачи стальной трубы была задана равной 80 мм в секунду.
Индукционный нагрев стальной трубы возобновили в тот момент времени, когда стальная труба была подана на 13 мм дальше по ходу после прекращения индукционного нагрева стальной трубы, и скорость подачи стальной трубы уменьшали с 80 мм в секунду до 10 мм в секунду ((3) по фиг.27(b)). Через 0,15 секунды после уменьшения скорости подачи стальной трубы скорость подачи стальной трубы увеличивали с 10 мм в секунду до 80 мм в секунду ((5) по фиг.27(b)).
[0139]
(Пример 3-3)
В Примере 3-3 только индукционный нагрев прекращали после состояния, в котором индукционный нагрев (высокочастотная электроэнергия, подаваемая к устройству индукционного нагрева, была задана равной 154 кВт), охлаждение и выполнялась подача по стальной трубы ((1) по фиг.28(b)). Кроме того, в Примере 3-3 скорость подачи стальной трубы была задана постоянной и равной 80 мм в секунду.
Индукционный нагрев, при котором высокочастотная электроэнергия, подаваемая к устройству индукционного нагрева, составляла 308 кВт, начали в тот момент времени, когда стальная труба была подана на 13 мм дальше по ходу после прекращения индукционного нагрева стальной трубы ((3) по фиг.28(b)). Через 0,15 секунды после начала индукционного нагрева, при котором высокочастотная электроэнергия, подаваемая к устройству индукционного нагрева, составляла 308 кВт, высокочастотную электроэнергию, подаваемую к устройству индукционного нагрева, уменьшали до 154 кВт ((4) по фиг.28(b)).
[0140]
(Сравнительные Примеры 3-1-3-4)
В каждом из Сравнительных Примеров 3-1-3-4 только индукционный нагрев прекращали после состояния, в котором индукционный нагрев (высокочастотная электроэнергия, подаваемая к устройству индукционного нагрева, была задана равной 200 кВт), выполнялись охлаждение и подача стальной трубы. Индукционный нагрев стальной трубы возобновили в тот момент времени, когда стальная труба была подана на заранее заданное расстояние в направлении ниже по ходу после прекращения индукционного нагрева стальной трубы. Расстояние, на которое стальную трубу подают в направлении ниже по ходу от прекращения индукционного нагрева до возобновления индукционного нагрева, называют зоной прекращения нагрева.
В Сравнительных Примерах 3-1-3-4 расстояния, соответствующие зонам прекращения нагрева, отличаются друг от друга. Что касается расстояния, соответствующего зоне прекращения нагрева в каждом из Сравнительных Примеров, то в Сравнительном Примере 3-1 оно составляло 25 мм, в Сравнительном Примере 3-2-10 мм, в Сравнительном Примере 3-3-5 мм и в Сравнительном Примере 3-4-2 мм. Распределение твердости в каждом из Сравнительных Примеров 3-1-3-4 показано на фиг.24.
Кроме того, скорость подачи стальной трубы в каждом из Сравнительных Примеров 3-1-3-4 была задана постоянной и равной 70 мм в секунду.
[0141]
Ширина незакаленной части, образующейся посредством способа изготовления изогнутого элемента, и ситуация с образованием части с твердостью основного металла для каждого из Примеров 3-1-3-3 и Сравнительных Примеров 3-1-3-4 показаны в Таблице 3.
[0142]
[Таблица 3]
Размер по ширине незакаленной части
Ситуация с образованием части с твердостью основного металла
Пример 3-1
22 мм
Существует
Пример 3-2
24 мм
Существует
Пример 3-3
24 мм
Существует
СравнительныйПример 3-1
47 мм
Существует
СравнительныйПример 3-2
32 мм
Не существует
СравнительныйПример 3-3
13 мм
Не существует
СравнительныйПример 3-4
0 мм
Не существует
[0143]
Как показано в Таблице 3, в Примерах 3-1-3-3 ширина образованной незакаленной части могла быть меньше по сравнению со Сравнительными Примерами 3-1-3-4. Кроме того, часть с твердостью основного металла можно было образовать в каждом из Примеров 3-1-3-3. Однако часть с твердостью основного металла невозможно было образовать в каждом из Сравнительных Примеров 3-2-3-4.
[Промышленная применимость]
[0144]
В соответствии с вышеописанными вариантами осуществления существует возможность предотвращения усталостного разрушения зажимного устройства, удерживающего переднюю концевую часть стального материала, и существует возможность обеспечения способа изготовления изогнутого элемента и устройства для горячей гибки стального материала, при которых улучшаются производительность и экономическая эффективность.
[Краткое описание ссылочных позиций]
[0145]
0: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ГИБКИ
1: СТАЛЬНАЯ ТРУБА
1а: НАГРЕТАЯ ЧАСТЬ
1b: ПЕРЕДНИЙ КОНЦЕВОЙ УЧАСТОК
1с: ИЗОГНУТАЯ ЧАСТЬ
1d: ЗАДНИЙ КОНЦЕВОЙ УЧАСТОК
2: ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО (ОПОРНЫЙ МЕХАНИЗМ)
3: ПОДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ПОДАЮЩИЙ МЕХАНИЗМ)
4: ПОДВИЖНАЯ РОЛИКОВАЯ ВОЛОКА
4а: ПАРА РОЛИКОВ
5: УСТРОЙСТВО (МЕХАНИЗМ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА)
6: ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ОХЛАЖДАЮЩИЙ МЕХАНИЗМ)
9: ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО (ПРИВОДНОЙ МЕХАНИЗМ)
10: ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО
10а: ЧАСТЬ С БОЛЬШИМ ДИАМЕТРОМ
10b: ЧАСТЬ С МАЛЫМ ДИАМЕТРОМ (ФИКСАТОР)
11: ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО
11а: ЧАСТЬ С БОЛЬШИМ ДИАМЕТРОМ
11b: ЧАСТЬ С МАЛЫМ ДИАМЕТРОМ (ФИКСАТОР)
26: ПЕРВЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
27: МЕХАНИЗМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФОРМЫ
28: ВТОРОЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
29: УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО