弯曲构件、弯曲构件的制造装置及制造方法

摘要

本发明提供一种具有弯曲半径例如是壁厚的1倍～5倍这样的微小的弯曲半径的弯曲构件、弯曲构件的制造装置和制造方法。在沿方管(16)的长度方向相对进给该方管(16)的状态下利用配置在第一位置(A)的第一支承装置(11)支承方管(16)，利用配置在第二位置(B)的加热装置(12)将方管(16)局部加热，利用配置在第三位置(C)的冷却装置(13)进行冷却，并且，在进行加工时，使配置在下游的区域(D)的剪切力施加装置(14)向方管(16)的进给方向和与加热装置(12)所加热的方管(16)的长度方向上的一个横断面大致平行的方向这两个方向同时二维或三维地移动，从而对方管(16)的被加热了的部分施加剪切力来进行加工，制造弯曲构件(21)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种弯曲构件、弯曲构件的制造装置及制造方 法。具体而言，本发明涉及一种具有弯曲半径例如是壁厚(坯 料的板厚)的1倍～5倍这样的极小弯曲部的弯曲构件、弯曲构 件的制造装置及制造方法。

背景技术

期望有一种高强度、轻量且小型的、使用在汽车、各种机 械等中的具有弯曲形状的金属制的强度构件、加强构件或结构 构件。以往，这种弯曲构件是利用冲压加工品的焊接、厚板的 冲裁以及锻造等来制造的。很难使利用这些制造方法制造成的 弯曲构件进一步轻量化和小型化。

在非专利文献1中公开了利用所谓的管件液压成形(tube  hydroforming)法来制造该种弯曲构件。在非专利文献1的第 28页公开了存在有作为坯料的材料的研发、能够成形的形状的 自由度扩大等这样的课题。为了利用管件液压成形法制造该种 弯曲构件，需要今后更进一步的研发。

本申请人利用专利文献1公开了弯曲加工装置。图7是示意 性表示弯曲加工装置1的概略的说明图。

如图7所示，弯曲加工装置1在利用未图示的进给装置从上 游侧朝向下游侧沿箭头方向进给钢管2的状态下在支承单元3、3 的下游如下面说明的那样对钢管2进行弯曲加工，从而制造钢制 的弯曲构件7，上述钢管2被一对支承单元3、3以能沿钢管2的 轴向自由移动的方式支承。

在支承单元3、3的下游，高频加热线圈4将钢管2的局部迅 速加热至能够淬火的温度区域。配置在高频加热线圈4的下游侧 的水冷装置5将钢管2迅速冷却。至少具有一组能够进给并支承 钢管2的一对辊6a、6a的可动辊模6三维(有时二维)地改自身 的位置，从而对钢管2的高温部分2a施加弯曲力矩。因此，弯曲 加工装置1能够以高工作效率制造弯曲构件7。

在非专利文献2中公开了以下技术，即，在连续地进给椭圆 的金属材料并用支承装置以自由移动的方式支承进给来的金属 材料的状态下，利用配置在支承装置的下游的高频加热装置进 行迅速加热和利用配置在紧接着该高频加热装置的下游的水冷 装置进行迅速冷却，并且通过在利用配置在水冷装置的下游的 能二维旋转的臂抓住该金属材料的状态下使臂进行旋转来对金 属材料的高温部分施加弯曲力矩，从而对金属管进行无模弯曲 加工。另外，非专利文献2公开的技术并不是如专利文献1公开 的发明那样二维或三维地加工成复杂的弯曲形状，也不是意图 利用淬火达到高强度化。

在非专利文献2中公开了以下内容，即，通过在沿坯料的长 度方向进给该坯料的状态下对该坯料进行局部地迅速加热和冷 却，而获得的弯曲加工成弯曲半径恒定的二维形状的弯曲构件 的各部分的尺寸，该坯料是具有中空的闭合截面形状且在长度 方向上一体地构成的金属制的长条扁平的坯料。

根据本发明人的研究结果，采用专利文献1公开的弯曲加工 装置、非专利文件2公开的技术能够制造具有弯曲半径例如是金 属管的直径(矩形截面的情况下是弯曲方向的边长)的1倍～2 倍的弯曲部的弯曲构件。但是，利用该技术，很难以低成本大 量生产例如汽车的车体结构构件、行走部分构件这样的多用于 汽车的各种部件这样的、具有极小的弯曲半径(例如是壁厚的1 倍～5倍)的弯曲部的弯曲构件。

图8是表示由专利文献1、非专利文献2公开的弯曲加工前后 的、被加工件的截面的尺寸变化的说明图。图8所示的例子表示 在进行了弯曲半径R1的第一次弯曲加工之后向相反方向进行 弯曲半径R2的弯曲加工的情况。

如图8所示，当对宽度W₀、高度H₀的矩形截面的异形管8a 施加弯曲力矩以进行弯曲加工时，与弯曲加工前的宽度W₀相 比，作为弯曲加工后的产品的弯曲构件8b的宽度减少了微量Δ W，变成W₁(＝W₀-ΔW)。另外，与弯曲加工前的高度H₀相 比，作为弯曲加工的内周侧的B侧的高度H_B增加了微量ΔH (H_B＝H₀+ΔH)，与此相对，与弯曲加工前的高度H₀相比，作 为弯曲加工的外周侧的A侧的高度H_A减少了微量ΔH’(H_A＝H₀-ΔH’)。

同样，如专利文献2所公开的那样，当对具有中空的闭合截 面形状且在长度方向上一体地构成的金属制的长条扁平的坯料 8a进行弯曲加工以制造弯曲构件8b时，在进行了弯曲加工的部 分处，截面的宽度和高度与弯曲加工前的尺寸相比发生了变化。 弯曲内周侧发生褶皱且截面形状变形，由此导致弯曲构件8b的 尺寸精度降低。该尺寸精度的降低程度被弯曲加工前的坯料8a 的尺寸(宽度W₀、高度H₀、壁厚t等)、弯曲加工的条件(弯曲 半径R、加热宽度b等)所影响。

特别是在欲利用专利文献1公开的弯曲加工装置、非专利文 献2公开的技术来制造具有极小的弯曲半径R(例如壁厚的1倍 ～5倍)的弯曲部的弯曲构件时，弯曲加工成的弯曲构件的尺寸 精度大幅降低，不能制造具有优异尺寸精度的弯曲构件。

在非专利文献3中公开了以下技术，即，在用冷加工对钢管 的隆起进行约束的上下分型模的内部，配置SUS304不锈钢管， 对钢管加载内压p，用载荷F沿轴向按入端面并使外模在与该钢 管正交的方向上移动，从而在钢管的相对于轴线成45°的面上 发生剪切变形，并且，通过使该变形位置随外模的移动而连续 地移动来制造被加工成弯曲部的半径极小的曲柄状的不锈钢 管。

专利文献1：国际公开第2006/093006号文献

非专利文献1：汽车技术Vol.57，No.6，2003第23～28页

非专利文献2：塑性与加工(日本塑性加工学会期刊)第28 卷第313号(1987-2第214～221页异形管的无模弯曲)

非专利文献3：塑性与加工(日本塑性加工学会期刊)第35 卷第398号(1994-3第232～237页一种将管弯曲成零半径的 加工技术)

由非专利文献3公开的技术是将作为坯料的不锈钢管配置 在上下分型模的内部，一边对该不锈钢管的内部施加压力一边 用冷加工进行弯曲加工。因此，为了实施该技术，至少需要与 弯曲形状相对应的上下的分型模和用于对钢管的内部施加压力 的压力施加装置。因而，在利用该技术大量生产多种弯曲构件 的情况下，无法避免制造成本的大幅上升。

另外，在非专利文献3中，的确记载了能够对外径是 22.2mm、壁厚是1mm和0.3mm的SUS304不锈钢管进行弯曲部 的半径极小的弯曲加工。但是，由于是冷加工，因而当对高强 度材料进行相同的弯曲加工时，存在加工坯料发生裂纹的危险。

特别是很难利用该技术对980MPa以上的坯料进行加工。 另外，即使避免了裂纹，由于强度较高的钢管、壁厚较大的钢 管成形时所需的加工载荷变得极大，因而不得不将加工设备制 成相当大的设备，设备成本显著上升。

因此，即使利用非专利文献3公开的发明，也很难以低成本 大量生产具有极小的弯曲半径(例如是壁厚的1倍～5倍)的弯 曲部的弯曲构件，进而不能加工高强度的管坯。

发明内容

本发明的目的是以低成本可靠地提供一种具有弯曲半径例 如是壁厚的1倍～5倍这样的微小的弯曲半径的弯曲部、且完全 不会发生由于在该弯曲部的内周侧发生的褶皱、截面形状的变 形而引起的尺寸精度的降低的弯曲构件，由此，能谋求提高例 如汽车的车体结构构件、行走部分构件这样的汽车的各种部件 的设计的自由度，并且谋求这些各种部件的进一步低成本化和 轻量化。

本发明人基于若能够以热加工或温热加工来实施非专利文 献3公开的发明则能够解决上述课题的这种认识反复进行了深 入研究。其结果，本发明人发现通过使图7中的一对辊6a、6a 以能够对钢管2的被加热面施加剪切应力来进行加工的方式二 维或三维地移动，能够以低成本可靠地大量生产具有弯曲半径 例如是壁厚的1倍～5倍这样的微小的弯曲半径的弯曲部且不会 发生由于在该弯曲部的内周侧发生的褶皱、截面形状的变形而 引起的尺寸精度的降低的弯曲构件，本发明人进一步反复研究 而完成了本发明。

本发明是一种弯曲构件的制造装置，其特征在于，该弯曲 构件的制造装置包括：第一支承装置，其在沿金属制的中空的 坯料的长度方向相对进给该坯料的状态下支承该坯料；加热装 置，其用于加热所述坯料；冷却装置，其用于对位于比由所述 加热装置加热了的第一部分靠所述坯料的相对进给方向的下游 侧的第二部分进行冷却(强制冷却或自然冷却)；剪切力施加装 置，该剪切力施加装置例如是一种夹具(例如分开地相对配置 的一对辊、一对夹持装置等)，通过使该剪切力施加装置向二维 方向或三维方向移动来对所述第一部分与第二部分之间施加剪 切力。

从另外的观点来看，本发明是一种弯曲构件的制造方法， 其特征在于，在相对于支承金属制的中空的坯料的第一支承装 置沿该坯料的长度方向进给该坯料的状态下，利用加热装置对 所述坯料进行加热，并利用冷却装置对位于比由所述加热装置 加热了的第一部分靠所述坯料的相对进给方向的下游侧的第二 部分进行冷却，而且，通过使向二维方向或三维方向移动来对 所述第一部分与所述第二部分之间施加剪切力的剪切力施加装 置向所述二维方向或三维方向移动来对所述坯料进行加工。在 该情况下，期望对所述第一部分与所述第二部分之间进行淬火。

在上述的本发明中，举例说明了以下内容，即，所述第一 支承装置、所述加热装置和所述冷却装置都固定配置，且所述 第一支承装置配置在第一位置，所述加热装置配置在所述坯料 的进给方向上的比所述第一位置靠下游的第二位置，所述冷却 装置配置在所述坯料的进给方向上的比所述第二位置靠下游的 第三位置，并且，所述剪切力施加装置配置在所述坯料的进给 方向上的比所述第三位置靠下游的区域。

在上述的本发明中，优选为，加热装置对坯料的长度方向 上的一个横截面进行加热，并且，在进行加工时，剪切力施加 装置同时在坯料的进给方向和与所述一个横断面大致平行的方 向这两个方向上移动。

在上述的本发明中，优选为，(a)具有第二支承装置，该 第二支承装置配置在坯料的进给方向上的比剪切力施加装置的 设置位置靠下游的区域，用于支承坯料的利用剪切力施加装置 加工完的部分，或者(b)剪切力施加装置的定位通过夹持(把 持或抓持)坯料来进行。

在上述的本发明中，优选为，弯曲构件至少满足以下三个 条件之一，(c)具有至少一个弯曲半径极小(例如是壁厚的1 倍～5倍)的弯曲部，(d)具有至少一个被加热和冷却而形成的 弯曲部，以及(e)具有闭合截面形状且沿长度方向一体地构成 (中空且长条)。

并且，从另一观点来看，本发明是一种弯曲构件，其特征 在于，该弯曲构件具有金属制的中空的主体，并且具有至少一 个形成在该主体上的、二维弯曲或三维弯曲而成的弯曲部，该 弯曲部的弯曲半径极小(例如是壁厚的1倍～5倍)。

在本发明中，优选为，弯曲部是在进行形成弯曲部的加工 时被加热和冷却了的部分。

在上述的本发明中，优选为，弯曲构件具有闭合截面形状 且沿长度方向一体地构成。

采用本发明，能够以低成本可靠地提供一种具有弯曲半径 例如是壁厚的1倍～5倍这样的微小的弯曲半径的弯曲部且完全 不会发生由于在该弯曲部的内周侧发生的褶皱、截面形状的变 形而引起的尺寸精度的降低的弯曲构件。因此，采用本发明， 能谋求提高例如汽车的车体结构构件、行走部分构件这样的汽 车的各种部件的设计的自由度，并且谋求这些各种部件的进一 步低成本化和轻量化。

附图说明

图1是将本发明的制造装置的结构例进行一部分简化和省 略，并进行透视表示的立体图。

图2是示意性表示本发明的制造装置的结构例的说明图。

图3的(a)～图3的(c)是随时间变化表示实施本发明的 制造方法的情况的说明图。

图4是示意性表示本发明的制造装置的另一结构例的说明 图。

图5是示意性表示本发明的制造装置的又一结构例的说明 图。

图6的(a)及图6的(b)是示意性且随时间变化表示本发 明的制造装置的再一结构例的说明图。

图7是示意性表示专利文献1公开的弯曲加工装置的概略的 说明图。

图8是举例说明专利文献1、非专利文献2公开的弯曲加工前 后的截面的尺寸变化的说明图。

附图标记说明

1专利文献1公开的弯曲加工装置

2钢管

3支承装置

4感应加热线圈

5水冷装置

6可动辊模

6a辊

7弯曲构件

8a异形管

8b弯曲构件

10、10-1、10-2、10-3本发明的制造装置

11第一支承装置

11a通孔

12加热装置

12a感应加热线圈

13冷却装置

13a冷却水喷嘴

14剪切力施加装置

15第二支承装置

16方管

16a～16d截面形状

17a、17b辊

18卡盘

19末端执行器(end effector)

20垂直型多关节工业用机器人

21弯曲构件

21a主体

22a、22b弯曲部

23a、23b辊

24工业用机器人

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的最佳实施方式。在下面的说 明中以下述情况为例子，即，利用本发明制造的弯曲构件是以 钢制且具有矩形横截面的中空的构件为坯料、用于汽车、各种 机械中的强度构件、加强构件或结构构件。

图1是将本发明的制造装置10的结构例进行一部分简化和 省略，并进行透视表示的立体图。另外，图2是示意性表示该制 造装置10的结构例的说明图。

如图1、图2所示，该制造装置10具有第一支承装置11、加 热装置12、冷却装置13、剪切力施加装置14、第二支承装置15。

第一支承装置11

如图1所示，首先，利用未图示的进给装置沿方管16的长度 方向进给该方管16。方管16具有矩形的中空的闭合截面形状。 方管16是沿长度方向一体地构成的钢制的长条状的坯料。

进给装置沿方管16的长度方向进给该方管16。作为该进给 装置，举出说明了使用了电动伺服缸的类型的进给装置。但是， 不必限于特定样式的进给装置，只要是使用滚珠丝杠、同步带、 链的类型等这样的作为该种进给装置公知的装置，则全部能够 同等使用。

在图1所示的例子中，以使用具有矩形的横截面形状的方管 16作为加工坯料的情况为例。但是，本发明中的加工坯料不限 于方管16，例如具有矩形、椭圆形、长圆形、正方形以及各种 异形的横截面形状的中空的钢管、钢管以外的金属管也可以作 为加工坯料。

利用进给装置以规定的进给速度沿方管16的轴向(长度方 向)进给该方管16。方管16在第一位置A处被第一支承装置11 支承。即，第一支承装置11在第一位置A处以自由移动的方式 支承由进给装置沿方管16的轴向进给来的方管16。

在图1、图2所示的例子中，使用块作为第一支承装置11。 块具有能够供方管16以留有间隙的方式贯穿的通孔11a。虽然 未图示，但也可以设成将块分割、将液压缸、气缸连接起来对 方管进行支承的结构。另外，第一支承装置11不限于特定的样 式的支承装置，只要是作为这种支承装置公知的装置就能够进 行同等使用。例如，举例说明了以一组或两组以上并列设置的 方式使用相对设置的一对孔型辊。

方管16如上所述地通过第一支承装置11的设置位置A并被 沿轴向进给。

在图1所示的例子中，第一支承装置11是以搭载和固定在适 当的搭载台11b上的方式进行配置的，但是，本发明不限于该技 术方案，只要是能够将第一支承装置11固定地配置在规定的位 置的方法即可，不限于特定的配置方式。例如，也可以利用公 知使用的安装在工业用机器人上的末端执行器来支承第一支承 装置11。

如上所述地构成第一支承装置11。

加热装置12

加热装置12固定配置在方管16的进给方向上的比第一位 置A靠下游侧的第二位置B。加热装置12用于对进给来的方管16 的长度方向上的一部分的一个横截面的整周进行加热。

在图1、图2所示的例子中，使用感应加热装置作为加热装 置12。该感应加热装置只要是具有能够对方管16进行例如高频 感应加热的线圈即可，只要是作为这种高频感应加热装置公知 的装置就能够进行同等使用。

感应加热装置12的加热线圈12a以距方管16的外表面规定 的距离、覆盖方管16的长度方向上的一部分的一个横截面的整 周的方式进行设置。

通过适当地改变和与方管16的轴向正交的方向平行的方向 上的、加热线圈12a与方管16的距离，能够对被进给的方管16 沿其周向进行不均匀的加热。

虽然未图示，但期望在方管16的进给方向上的感应加热装 置12的上游侧预先设置一个以上能够对方管16进行预热的预 热装置(例如小型的高频加热装置)，并用该预热装置和感应加 热装置12来对方管16进行加热。由此，能够对方管16进行多次 加热或能够对方管16的一部分沿其周向进行不均匀的加热。

方管16的局部被加热装置12迅速地加热。

加热装置12的设置方法只要是能够将加热装置12固定地 配置在规定的位置上的方法即可，并不必对其设置方式进行特 别的限定。例如，能例示出将加热装置12搭载并固定在固定台 上、利用公知使用的安装在工业用机器人上的末端执行器来支 承加热装置12等。

如上所述地构成加热装置12。

冷却装置13

冷却装置13配置在方管16的进给方向上的比第二位置B靠 下游的第3位置C。冷却装置13将方管16的被在第二位置B加热 的部分迅速冷却。通过利用冷却装置13对方管16进行冷却，使 方管16的被加热装置12加热了的第一部分与被冷却装置13冷 却了的第二部分之间的部分处于高温且变形阻力大幅下降的状 态。

冷却装置13只要是能得到希望的冷却速度的装置即可，不 限于特定的方式的冷却装置。一般地，期望使用通过朝向方管 16的外周面的规定位置喷射冷却水来对方管16进行冷却的水 冷装置。在本例中，如图1、图2所示，在紧接着加热装置12的 下游侧，以包围方管16的长度方向上的一部分的一个横截面的 方式与方管16的外表面保持距离地设置多个冷却水喷嘴13a。 而且，从这些冷却水喷嘴13a朝向方管16的外表面喷射冷却水。

为了不阻碍加热装置12对方管16进行的加热，期望朝向方 管16被进给的方向斜喷冷却水。

若针对每个冷却水喷嘴13a分别控制来自各冷却水喷嘴 13a的冷却水的喷射量，则能够对方管16的一部分沿其周向不 均匀地进行冷却。另外，通过改变和与方管16的轴向正交的方 向平行的方向上的、各冷却水喷嘴13a与方管16之间的距离， 能够调整方管16的被加热的轴向上的区域。

利用冷却装置13对方管16的由感应加热装置12加热了的 部分进行迅速冷却。

通过适当调整利用冷却装置13进行的水冷的开始温度和 冷却速度，能够对方管16的迅速冷却部的一部分或全部进行淬 火或退火。由此，例如还能够将方管16的弯曲部的一部分或全 部的强度大幅提高至例如1500MPa以上。

冷却装置13的设置方法只要是能将冷却装置13固定地配 置在规定位置的方法即可，不限于特定的设置方法。但是，为 了利用本发明的制造装置1来制造具有较高尺寸精度的弯曲构 件21，期望通过尽量短地设定位置B～位置C之间的距离，来尽 量减小由加热装置12加热的第一部分与由冷却装置13冷却的 第二部分之间的区域。为此，期望将冷却水喷嘴13a配置为靠近 高频加热线圈12a，因此期望例如将冷却水喷嘴13a固定地配置 在紧接着感应加热线圈12a之后的位置。

通过在高频加热线圈12a上设置供水孔并将高频加热线圈 12a的冷却水作为方管的冷却水进行喷射，能够使位置B～位置C 之间的距离最小，也能够并设冷却装置13。

另外，在方管16的进给速度缓慢的情况下等，也可以采用 自然冷却方法来代替冷却装置13。

如上所述地构成冷却装置13。

剪切力施加装置14

剪切力施加装置14配置在方管16的进给方向上的比第三 位置C靠下游的区域D。剪切力施加装置14在对方管16进行定位 的状态下二维或三维地移动。由此，剪切力施加装置14对方管 16的、由加热装置12加热了的第一部分与由冷却装置13冷却了 的第二部分之间的区域施加剪切力以对方管16进行加工。

在图1、图2所示的例子中，将上下一对的辊17a、17b用作 剪切力施加装置14。上下一对的辊17a、17b在通过与方管16 的外表面接触来对方管16进行定位的状态下沿图1中的箭头方 向进行从动旋转。

上下一对的辊17a、17b被未图示的支承框以自由旋转的方 式支承。利用以二维或三维地自由移动的方式保持支承框的移 动机构(同样没有图示)来对支承框进行保持。

图3的(a)～图3的(c)是随时间变化表示实施本发明的 制造方法的情况的说明图，是随时间变化表示将方管16加工成 如图3的(c)、图1或图2所示的、具有微小弯曲半径的弯曲部的 弯曲构件21的情况。

如图3的(a)～图3的(c)、图1和图2所示，在加工开始时， 上下一对的辊17a、17b位于图3的(a)所示的位置(图1中的 点划线所示的位置)即原位置。

当开始对方管16进行加工时，输入有来自未图示的加工控 制装置的控制信号的移动机构使由未图示的支承框以自由旋转 的方式支承的上下一对的辊17a、17b，以上述原位置为起点向 方管16的进给方向(图3的(a)～图3的(c)中的左方向)和 与方管16的由加热装置12加热了的长度方向上的一个横截面 大致平行的方向(图3的(a)～图3的(c)中的下方向)这两 个方向的合成方向(图3的(a)～图3的(c)中的左斜下方向) 移动。

如此，上下一对的辊17a、17b在与被进给来的方管16的外 表面相抵接的状态下，以上述原位置作为起点如图1中的黑粗箭 头所示地同时向方管16的进给方向(图3的(a)～图3的(c) 中的左方向)和与方管16的由加热装置12加热了的长度方向上 的一个横截面大致平行的方向(图3的(a)～图3的(c)中的 下方向)这两个方向的合成方向(图3的(a)～图3的(c)中 的左斜下方向)移动(参照图3的(b))。

上下一对的辊17a、17b移动至如图3的(c)所示的位置(或 图1中的实线所示的位置)，加工完成。

如上所述地构成剪切力施加装置14。

第二支承装置15

第二支承装置15配置在方管16的进给方向上的比剪切力 施加装置14的设置位置靠下游的区域E，用于对方管16的被加 热了部分施加剪切变形。

随着利用图1～图3所示的制造装置10制造弯曲构件21，仅 由一对辊17a、17b使方管16的被加热了的部分产生的变形主要 是弯曲变形。因此，通过对另外一点进行约束，能够如图1～图 3所示对方管16施加剪切变形。

同时，随着变形，方管16的脱离了辊17a、17b的部分的重 量增加，因而，方管16的脱离了辊17a、17b的部分有可能利用 其自重以由辊17a、17b进行定位的部分为支点发生变形。第二 支承装置15设置在方管16的进给方向上的比剪切力施加装置 14的设置位置靠下游的区域E。第二支承装置15用于对方管16 的利用剪切力施加装置14完成了弯曲加工的部分进行支承。由 此，第二支承装置15用于防止方管16的变形，而制造具有高尺 寸精度的弯曲构件21。

方管16的长度方向的一部分的一个横截面被加热装置12 加热而变形阻力大幅下降。因此，在方管16的进给方向的比第 三位置C靠下游的区域D，通过如参照图3的(a)～图3的(c) 说明的那样使构成剪切力施加装置14的上下一对的辊17a、17b 的位置三维地移动，如图3的(b)和图3的(c)所示，能够对 方管16的、由加热装置12加热了的第一部分与由冷却装置13冷 却了的第二部分之间的区域施加剪切力Ws。

方管16利用该剪切力Ws形成弯曲部22a而被加工。在本发 明中，不是像专利文献1公开的发明那样对方管16的被加热了的 部分施加弯曲力矩，而是施加剪切力。因此，如图3的(c)中 的放大图所示那样，能够制造弯曲半径r例如是壁厚的1倍～5倍 这样的、具有极小弯曲半径r的弯曲部22a的弯曲构件21。

在本发明中，以对方管16的第一部分与第二部分之间的区 域施加剪切力Ws的方式来对方管16进行加工。因此，完全不会 发生由于在该弯曲部22a的内周侧发生的褶皱、截面形状的变形 而引起的尺寸精度的降低，具有图1中的阴影示出的四个部位 16a、16b、16c和16d的截面形状相同这样的极为优异的尺寸精 度。

在本发明中，将方管16弯曲加工成弯曲构件21是无模加工 且不对方管16的内部施加压力，因而能够以低成本可靠地实施。

剪切力施加装置14只要借助于能将上下一对的辊17a、17b 如上所述那样以二维或三维地自由移动的方式配置的机构设置 即可。并不必对那样的机构进行特别的限定。例如，也可以利 用公知的安装在工业用机器人上的末端执行器来对辊17a、17b 的支承框进行保持。

在图1～图3所示的例子中，将卡盘18插入配置在方管16的 利用剪切力施加装置14加工完的部分的前端的内部。并且，利 用垂直型多关节工业用机器人20来构成第二支承装置15。垂直 型多关节工业用机器人20将从上述前端向外突出的用于保持卡 盘18的末端执行器19安装于其腕轴上。

第二支承装置15只要是能够防止方管16的利用剪切力施 加装置14加工完的部分的变形的装置即可，不限于特定的装置。

如上所述地构成本发明的制造装置10。下面，说明利用该 制造装置10制造本发明的弯曲构件21的情况。

在图1～图3中，首先，利用未图示的进给装置将钢制的例 如长条的中空方管16沿其长度方向相对进给，并利用配置在第 一位置A的第一支承装置11支承该方管16。

接着，利用加热装置12对被进给来的方管16的局部进行迅 速加热。方管16的加热温度期望为构成方管16的钢的Ac₃点以 上。通过使方管16的加热温度为Ac₃点以上，能够通过适当设定 后续进行的冷却时的冷却速度来对弯曲构件21的弯曲部22a进 行淬火，并且能够将方管16的第一部分与第二部分之间的变形 阻力充分地降低至能够进行具有较小的弯曲半径的加工的程 度。

从配置在方管16的进给方向上的比第二位置B靠下游的第 三位置C的冷却装置13的冷却水喷嘴13a朝向方管16喷射冷却 水。由此，将被加热的部分在第二位置B处冷却。虽然根据方 管16的钢种的不同会有所变化，但通过使该冷却时的冷却速度 为100℃/秒以上，能够对弯曲部22a进行淬火以提高其强度。

利用该冷却，在方管16上形成由加热装置12加热了的第一 部分和由冷却装置13冷却了的第二部分。方管16的第一部分与 第二部分之间处于高温状态，其变形阻力大幅降低。

在方管16的加工预定部的前端部到达剪切力施加装置14 的一对辊17a、17b时，使利用未图示的支承框以自由旋转的方 式支承的上下一对的辊17a、17b和第二支承装置15以辊17a、 17b的原位置为起点，如参照图1～图3说明的那样向方管16的进 给方向(图3的(a)～图3的(c)中的左方向)和与方管16的 由加热装置12加热了的长度方向上的一个横截面大致平行的方 向(图3的(a)～图3的(c)中的下方向)这两个方向的合成 方向(图3的(a)～图3的(c)中的左斜下方向)移动。

方管16的利用剪切力施加装置14加工完的部分被配置在 方管16的进给方向上的比剪切力施加装置14的设置位置靠下 游的区域E的第二支承装置15支承。因此，方管16不会发生变 形，能制造成具有希望的形状和尺寸精度的弯曲构件21。

由此，对方管16的第一部分和第二部分之间施加剪切力， 而对方管16进行加工。

在该例中，在加工时，总是利用第二支承装置15对方管16 的利用剪切力施加装置14加工完的部分进行支承。因此，能够 在方管16的一个弯曲部22a的加工完成的时刻，暂时扩开一对 辊17a、17b的辊隙，使辊17a、17b返回到上述原位置，准备对 方管16的下一个弯曲部的加工。

另外，在利用一对辊17a、17b进行加工时、使一对辊17a、 17b向该原位置返回时等这样的未利用一对辊17a、17b进行弯 曲加工时，也可以使第二支承装置15二维或三维地移动，从而 对方管16的第一部分与第二部分之间施加弯曲力矩，而在方管 16上形成具有较大弯曲半径的弯曲部。

由此，如图1中的双点划线所示，采用本发明能够制造钢制 的中空、长条、具有闭合截面形状且沿长度方向一体地构成的 弯曲构件21，该弯曲构件21具有主体21a和形成在该主体21a 上的二维或三维地弯曲的弯曲部22a、22b，该弯曲部22a、22b 的弯曲半径r极小，例如是壁厚的1倍～5倍。

该弯曲构件21完全不会发生由于在该弯曲部22a、22b的内 周侧发生的褶皱、长度方向的任意的位置上的截面形状的变形 而引起的尺寸精度的降低，具有极高的尺寸精度。

弯曲构件21由于具有中空的扁平闭合截面形状，因此，形 成为轻量且小型，并且，通过如上所述地适当调整由冷却装置 13进行的水冷的开始温度和冷却速度来将抗拉强度大幅提高至 例如1500MPa以上，还能够进一步谋求小型化、轻量化和高强 度化。

另外，通过如上所述地适当调整由冷却装置13进行的水冷 的开始温度和冷却速度来进行淬火，在该弯曲构件21的外表面 产生压缩残余应力，因此也提高了疲劳强度。

图4是示意性表示本发明的制造装置的另一结构例10-1的 说明图。

制造装置10-1与上述制造装置10的不同点在于，将构成加 热装置12的感应加热线圈12a相对于方管16倾斜配置，与此相 伴，将冷却装置13的冷却水喷嘴13a和剪切力施加装置14的辊 17a、17b也相对于方管16倾斜设置。

如图4所示，通过将感应加热线圈12a、冷却水喷嘴13a和 辊17a、17b相对于方管16倾斜设置，能够防止方管16的壁厚变 薄。即，在图4中，若将加工前的方管16的壁厚设成t，则在以 通常的加热线圈的设定进行加工时，壁厚变成t·cosθ，但是通 过使感应加热线圈12a倾斜，能够使加工后的壁厚仍为t，从而 能够防止加工后的壁厚变薄。

图5是示意性表示本发明的制造装置的又一结构例10-2的 说明图。

该制造装置10-2与上述制造装置10的不同点在于，不使用 一对辊17a、17b，而是使用对方管16进行把持或抓持的一对夹 持装置17c、17d。

在该情况下，夹持装置17c、17d持续对该方管16进行把持 或抓持，直到针对该方管16的加工完成时为止。因此，不必设 置在制造装置10中使用的第二支承装置15。例如，举例说明了 夹持装置17c、17d被垂直型多关节工业用机器人保持。

在以上说明中，将以下技术方案作为了例子，即，将作为 加工坯料的方管16沿其长度方向进给，并将第一支承装置11、 加热装置12和冷却装置13固定地配置在方管16的进给方向上， 但并不限于此，也可以与此相反，固定地配置作为加工坯料的 方管16，并将第一支承装置11、加热装置12和冷却装置13以相 对于方管16的长度方向自由移动的方式配置。

图6的(a)及图6的(b)是示意性且随时间变化表示本发 明的制造装置的再一结构例10-3的说明图，图6的(a)表示加 工前，图6的(b)表示加工中。

在该制造装置10-3中，第一支承装置11具有两组一对辊 23a、23b。利用未图示的支承框以自由旋转的方式支承一对辊 23a、23b。利用以二维或三维地自由移动的方式保持支承框的 工业用机器人(同样没有图示)来保持支承框。由此，两组一 对辊23a、23b都配置为能向包括方管16的轴向在内的三维方向 自由移动。

另外，利用工业用机器人24支承加热装置12的感应加热线 圈12a和冷却装置13的冷却水喷嘴13a。感应加热线圈12a配置 为位于坯料16的相对于一对辊23a、23b的进给方向(从图6的 (a)、图6的(b)的左朝向右的方向)上的冷却水喷嘴13a的 上游侧。由此，感应加热线圈12a和冷却水喷嘴13a配置为能向 包括方管16的轴向在内的三维方向自由移动。

剪切力施加装置14在夹持并支承方管16的状态下移动。剪 切力施加装置14利用由工业用机器人(未图示)支承的液压夹 具构成。由此，剪切力施加装置14配置为能向包括方管16的轴 向在内的三维方向移动。

另外，方管16沿其轴向固定配置。另外，也可以与本例不 同，方管16也以沿其轴向自由移动的方式配置。

如此，制造装置10-3具有：第一支承装置11，其用于沿作 为坯料的方管16的长度方向相对进给方管16并支承该方管16； 加热装置12，其用于加热方管16；冷却装置13，其用于对位于 比由加热装置12加热了的第一部分靠方管16的相对进给方向 的下游侧的第二部分进行冷却；剪切力施加装置14，其通过向 二维方向或三维方向的移动来对第一部分与所述第二部分之间 施加剪切力。

采用该制造装置10-3，通过使第一支承装置11、加热装置 12、冷却装置13和剪切力施加装置14沿方管16的轴向移动并固 定方管16，从而将方管16相对于支承方管16的第一支承装置11 沿方管16的长度方向进给。而且，利用加热装置12对坯料进行 加热，并利用冷却装置13对位于比由加热装置12加热了的第一 部分靠方管16的相对进给方向的下游侧的第二部分进行冷却， 并且，通过使向二维方向或三维方向移动来对第一部分与第二 部分之间施加剪切力的剪切力施加装置14向二维方向或三维方 向移动来对方管16进行加工。

由此，通过固定地配置方管16并将第一支承装置11、加热 装置12和冷却装置13以相对于方管16的长度方向自由移动的 方式配置，也能制造弯曲构件21。

另外，参照图1说明的本发明的弯曲构件21的制造工序极为 简便，且能够以低成本制造。

另外，在上述说明中，举出了仅对方管16施加剪切力产生 的变形的情况，但是本发明不限于该技术方案。即，通过在以 往的弯曲变形的基础上附加基于剪切力产生的变形，能够获得 比以往小的弯曲变形，因而包括基于剪切力产生的变形成分在 内的加工是本发明的对象。

由于弯曲构件21是通过在利用剪切力进行加工的同时进行 热处理(例如淬火)制造而成，因而，与非专利文献3公开的、 用冷加工来实施剪切弯曲加工并在之后进行热处理(例如淬火) 制造成的弯曲构件相比，能够利用局部淬火以高加工精度来制 造具有1500MPa以上的高强度的部分的弯曲构件。

利用本发明的制造方法制造成的弯曲构件21例如能够应用 在如下举例说明的用途(i)～用途(vii)中。

(i)例如，前纵梁(front side member)、横梁(cross  member)、侧梁(side member)、悬架梁(suspension  member)、顶梁(roof member)、A柱的加强构件(reinforce)、 B柱的加强构件、保险杠的加强构件等这样的汽车车体的结构 构件

(ii)例如，座椅骨架(sheet frame)、座椅横梁(sheet cross  member)等这样的汽车的强度构件、加强构件

(iii)汽车的排气管等排气系统部件

(iv)汽车、机动二轮车的框架、曲柄

(v)电车等车辆的加强构件、转向架部件(转向架框、各 种梁等)

(vi)船体等的框架部件、加强构件

(vii)家用电器的强度构件、加强构件或结构构件