高頻感應加熱裝置、加工裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高頻感應加熱裝置和使用了該高頻感應加熱裝置的加工裝置，具 體地說，本發明涉及一種如下的高頻感應加熱裝置以及一種使用了該高頻感應加熱裝置的 加工裝置，該高頻感應加熱裝置在實施在對具有封閉的橫截面并且具有向外凸緣的鋼制的 被加工件同時進行高頻淬火和加工的三維熱加工（以下將該三維熱加工稱為"3DQ"）時，使 用電磁波的滲透深度比被加工件的板厚大的頻率，從而能夠將凸緣加熱至900°C以上并且 能夠使朝被加工件的長度方向（輸送方向）的加熱范圍（加熱寬度）盡可能小。
【背景技術】
[0002] 本申請人之前通過專利文獻1公開了對具有封閉的閉口截面的空心的鋼制的被 加工件同時進行高頻淬火和加工的3DQ(三維熱彎淬火，3DimensionalHotBendingand Quench)。圖11是表示使用加工裝置0利用3DQ制造彎曲構件的情況的說明圖。
[0003] 如圖11所示，加工裝置0包括未圖示的輸送裝置、支承單元4、高頻感應加熱裝置 5、水冷裝置6以及關節型機器人7。此處的輸送裝置是將具有封閉的截面形狀的縱長的鋼 管1朝其長度方向輸送的裝置。即，鋼管1被握持部2保持，利用輸送裝置，以預定的輸送 速度朝軸向（長度方向）輸送。
[0004] 支承單元4將由輸送裝置朝其軸向輸送的鋼管1支承成能夠自由移動。即，鋼管 1經由支承單元4的設置位置被朝軸向輸送。
[0005] 高頻感應加熱裝置5在被輸送的鋼管1的輸送方向上的比支承單元4靠下游的位 置處對鋼管1進行局部加熱。由此鋼管1被迅速地局部加熱。
[0006] 水冷裝置6在鋼管1的輸送方向上的比高頻感應加熱裝置5靠下游的位置處，對 被加熱了的部分進行冷卻。由于鋼管1在高頻感應加熱裝置5和水冷裝置6之間的位置被 加熱成高溫，因此處于變形阻力大幅降低的狀態。所以，鋼管1利用水冷裝置6迅速冷卻被 高頻感應加熱裝置5加熱了的部分。
[0007] 在鋼管1的輸送方向上的比水冷裝置6靠下游的位置處，關節型機器人7-邊用 把持單元7a把持被輸送的鋼管1，一邊朝至少包括鋼管1的輸送方向的三維方向移動。由 此，對鋼管1上的被高頻感應加熱裝置5加熱了的部分施加彎曲力矩，將金屬材進行三維彎 曲。通過使用關節型機器人7,能夠簡單地以關節型機器人7能夠自由地朝包括鋼管1的輸 送方向的三維方向移動的方式支承鋼管1。
[0008] 基本上，一邊用輸送裝置將被關節型機器人7支承成能夠朝其軸向自由移動的的 鋼管1從上游側朝下游側輸送，一邊在支承單元4的下游對鋼管1進行例如彎曲加工來制 造彎曲構件。
[0009] 通過利用配置于支承單元4的下游的高頻感應加熱裝置5對鋼管1迅速地局部加 熱至能夠進行淬火的溫度區域，并且利用配置于高頻感應加熱裝置5的下游的水冷裝置6 對鋼管1進行驟冷，從而在鋼管1上形成朝向鋼管1的軸向上的與鋼管1的輸送方向相反 的方向移動的高溫部（灼熱部）。而且，通過一邊輸送鋼管1 一邊使關節型機器人7二維移 動或者三維移動，并對灼熱部施加例如彎曲力矩，對鋼管1進行加工。
[0010] 此時，只要適當地設定鋼管1的加熱溫度和冷卻速度，則能夠對鋼管1進行淬火。 因此，利用3DQ，能夠以較高的工作效率制造高強度且輕量的彎曲構件。
[0011] 圖12是表示利用3DQ對具有封閉的橫截面并且具有向外凸緣9a的空心且鋼制的 被加工件9同時進行高頻淬火和彎曲加工的情況的說明圖，圖12的（a)是立體圖，圖12的 (b)是圖12的（a)的C一C剖視圖。
[0012] 如圖12的（a)和圖12的（b)所示，若欲利用配置為包圍被加工件9的整周的現 有技術的通常的高頻感應加熱裝置5對被加工件9在其周向進行均勻加熱時，則無法加熱 被加工件9的向外凸緣9a。如以下說明的那樣，其理由在于電磁波的滲透深度。
[0013] 圖13是概括地表示無法加熱被加工件9的向外凸緣9a的理由的說明圖。圖13 的（a)表示在被加工件9的除向外凸緣9a之外的一般部9b的電磁波的滲透深度比一般部 9b的板厚大的情況下的在高頻感應加熱線圈5中流動的線圈電流和產生于一般部9b的渦 電流的流動方式。圖13的（b)表示被加工件9的向外凸緣9a的電磁波的滲透深度比向外 凸緣9a的板厚大的情況下的線圈電流和渦電流的流動方式。圖13的（c)表示被加工件9 的一般部9b的電磁波的滲透深度比一般部9b的板厚小的情況下的線圈電流和渦電流的流 動方式。圖13的（d)表示被加工件9的向外凸緣9a的電磁波的滲透深度比向外凸緣9a 的板厚小的情況下的線圈電流和渦電流的流動方式。
[0014] 如圖13的（a)?圖13的（d)所示，利用感應加熱而產生于被加工件9的渦電流 以沿著空心箭頭所示的高頻感應加熱裝置5的加熱線圈的電流流動的方式流動。這種情況 下，如圖13的（b)的A部所示，由于在向外凸緣9a處渦電流相互抵消，幾乎不流動，因此向 外凸緣9a未被加熱。為了防止這種情況，為了使利用渦電流對向外凸緣9a進行的加熱僅 在其表層附近而不使渦電流抵消，因此如圖13的（d)的B部所示，需要提高線圈電流的頻 率并且減小電磁波的滲透深度。然而，這樣的話，當然的結果是如圖13的（c)所示，由于一 般部9b僅表層被加熱，加熱效率降低，而且滲透深度過小的話，發熱量不足并且加熱本身 變得不完全。因此，使用圖12所示的通常的高頻感應加熱裝置5的情況下，將其頻率適宜 設定為使滲透深度處于向外凸緣9a的板厚的1/2左右?向外凸緣9a的板厚同等程度的范 圍的頻率。
[0015] 在此，利用式（2)算出滲透深度S(m)。式⑵的符號y為磁導率，符號y'為相 對磁導率，符號&為真空的磁導率，符號《為角振動頻率，符號f為頻率，符號〇為導電 率。
[0016] [式 1]
[0017]
【主權項】
1. 一種高頻感應加熱裝置，其特征在于， 該高頻感應加熱裝置具有高頻感應加熱線圈，該高頻感應加熱線圈用于在三維熱加工 中加熱被加工件，該三維熱加工通過一邊在具有封閉的橫截面并且具有向外凸緣的縱長且 空心的鋼制的被加工件上形成朝該被加工件的長度方向移動的高溫部、一邊對所述高溫部 施加外力從而制造彎曲構件， 該高頻感應加熱線圈具有：磁芯，其以與所述向外凸緣的兩個表面分離開并隔著該兩 個表面相對的方式配置；以及感應加熱線圈，其配置為連接于該磁芯并且包圍所述被加工 件的外周中的除所述向外凸緣之外的一般部。
2. 根據權利要求1所述的高頻感應加熱裝置，其特征在于，所述感應加熱線圈包括：第 1部分，其與高頻電產生裝置連接；第2部分，其與該第1部分連接并且朝所述被加工件的 長度方向延伸設置；第3部分，其配置為與該第2部分連接并且包圍所述被加工件的所述一 般部的周圍；第4部分，其與第3部分連接并且朝所述被加工件的長度方向延伸設置；以及 第5部分，其用于連接所述第4部分和所述高頻電產生裝置，并且，所述第5部分在與所述 高溫部的移動方向相反的方向即所述被加工件的輸送方向上位于比所述第3部分靠上游 側的位置。
3. 根據權利要求2所述的高頻感應加熱裝置，其特征在于，在所述第2部分和所述第4 部分流動的電流互相朝相反的方向流動。
4. 根據權利要求2或3所述的高頻感應加熱裝置，其特征在于，所述磁芯的與所述向外 凸緣相平行的兩個部位設于所述被加工件的所述高溫部的移動方向的下游側，該兩個部位 產生貫穿所述向外凸緣的磁通，并且以跨著該第4部分的方式配置在所述第2部分和所述 第4部分之間。
5. 根據權利要求2至4中任意一項所述的高頻感應加熱裝置，其特征在于，所述磁芯相 對于所述第3部分僅配置于所述高溫部的移動方向的下游側。
6. 根據權利要求1至5中任意一項所述的高頻感應加熱裝置，其特征在于，將所述磁芯 的沿著所述被加工件的長度方向的長度設為L、所述感應加熱線圈的電流頻率設為f，并且 所述被加工件的所述高溫部的移動速度設為v的情況下，滿足下述式（1)的關系： [式1]
其中，L的單位為mm，f的單位為kHz，v的單位為mm/s。
7. -種加工裝置，該加工裝置用于進行通過一邊在空心的鋼制被加工件上形成朝該被 加工件的長度方向移動的高溫部、一邊對所述高溫部施加外力從而制造彎曲構件的三維熱 加工，其特征在于， 該加工裝置包括： 權利要求1至6中任意一項所述的高頻感應加熱裝置； 配置于所述高頻感應加熱裝置的下游側的冷卻裝置；以及 設于所述冷卻裝置的下游側、支承所述被加工件并施加所述外力的裝置。
【專利摘要】本發明提供一種使用電磁波的滲透深度比被加工件的板厚大的頻率并能夠對具有向外凸緣的被加工件的整周進行淬火的高頻感應加熱裝置。高頻感應加熱裝置(10)具有高頻感應加熱線圈(11)，該高頻感應加熱線圈(11)在將具有封閉的橫截面并且具有向外凸緣(12a)的縱長且空心的鋼制的被加工件(12)作為原材料來制造彎曲構件的3DQ中用于加熱被加工件(12)。高頻感應加熱線圈(11)具有：磁芯(13)，其以與向外凸緣12a的兩個表面(12a－1)、(12a－2)分離開并且隔著該兩個表面相對的方式配置；以及感應加熱線圈(14)，其配置為與磁芯(13)相連接并且包圍被加工件(12)的外周中的除向外凸緣(12a)以外的一般部(13b)。
【IPC分類】C21D9-00, H05B6-38, C21D1-42, H05B6-10
【公開號】CN104620676
【申請號】CN201380047275
【發明人】岡田信宏, 富澤淳, 窪田纮明
【申請人】新日鐵住金株式會社
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2013年9月11日
【公告號】EP2900036A1, US20150239028, WO2014045976A1