EA024526B1

EA024526B1 - Изгибающее устройство

Info

Publication number: EA024526B1
Application number: EA201171432A
Authority: EA
Inventors: Синдзиро Куваяма; Ацуси Томидзава; Сабуро Иноуе
Original assignee: Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн; Сумитомо Пайп Энд Тьюб Ко., Лтд.
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2016-09-30
Also published as: ES2498729T3; BRPI1012997A2; JP5643381B2; KR101319756B1; ZA201108905B; CA2855049C; PL2433722T3; JP5304893B2; CN102481612A; AU2010250498A1; EA201301342A1; EP2743012A1; JP2013173187A; US20120085138A1; CA2762532C; CA2855049A1; CA2855047C; KR101321231B1; EA024541B1; EP2433722B1

Abstract

Предложено изгибающее устройство, которое изготавливает изогнутый металлический элемент с высокой производительностью и прекрасной размерной точностью. Изгибающее устройство содержит первый поддерживающий механизм, который расположен в первом положении и который способен поддерживать подлежащий изгибанию полый металлический материал при его подаче, нагревательный узел, который расположен во втором положении по ходу подачи металлического материала и который способен нагревать весь подаваемый металлический материал или часть этого материала, охлаждающий узел, который расположен в третьем положении по ходу подачи металлического материала и который способен образовывать упрочненный закалкой участок в части металлического материала посредством охлаждения участка подаваемого металлического материала, который был нагрет нагревательным узлом, второй поддерживающий механизм, который расположен в четвертом положении по ходу подачи металлического материала и который способен сообщать изгибающий момент нагретому участку и изгибать металлический материал в требуемую форму посредством его двухмерного или трехмерного перемещения, при этом поддерживая по меньшей мере одно положение подаваемого металлического материала, механизм предотвращения деформации, который расположен в пятом положении по ходу подачи металлического материала, который способен предотвращать деформацию подаваемого металлического материала и имеет патрон, который содержит трубчатый элемент круглого или многоугольного поперечного сечения и который способен захватывать конец металлического материала, и подающий механизм,

Description

Настоящее изобретение относится к изгибающему устройству. В частности, настоящее изобретение относится к изгибающему устройству для изготовления изогнутого элемента посредством применения двухмерного или трехмерного изгибания к удлиненному металлическому материалу, имеющему замкнутое поперечное сечение.

Уровень техники

Элементы жесткости, усилительные элементы и конструкционные элементы, которые выполнены из металла и имеют изогнутую форму, используются в автомобилях, различных типах машин и т.п. Эти изогнутые элементы должны иметь высокую прочность, легкий вес и маленький размер. Ранее этот тип изогнутого элемента производился такими способами, как сварка или штамповка, пробивание толстых пластин и ковка. Тем не менее, трудно дополнительно уменьшить вес и размер изогнутых элементов, изготовленных такими способами.

Например, в непатентном документе 1 описано изготовление этого типа изогнутого элемента посредством так называемого гидроформинга. На стр. 28 непатентного документа 1 описано, что существуют различные проблемы в технологии гидроформинга трубы, такие как развитие материалов, используемых в способе, и увеличение степени свободы форм, которые могут быть сформованы, и что необходимо дальнейшее развитие технологии.

В патентном документе 1 заявитель описал изгибающее устройство. На фиг. 13 показан пояснительный вид, на котором схематично показано изгибающее устройство 0.

Как видно из фиг. 13, изгибающее устройство осуществляет следующие операции со стальной трубой 1, которая является обрабатываемым материалом и которая поддерживается поддерживающим средством 2 так, чтобы иметь возможность перемещения в ее осевом направлении при подаче от впускной стороны к выпускной стороне посредством подающего устройства 3, такого как шариковый винт:

(a) быстрое нагревание части стальной трубы 1 с помощью высокочастотной нагревательной катушки 5, расположенной после поддерживающего средства 2, до диапазона температур, в котором возможно закалочное упрочнение, (b) быстрое охлаждение стальной трубы 1 с помощью водяного охлаждающего устройства 6, расположенного после высокочастотной нагревательной катушки 5, и (c) сообщение изгибающего момента нагретому участку стальной трубы 1 для осуществления двухмерного или трехмерного изгибания посредством изменения положения подвижной роликовой волоки 4, имеющей по меньшей мере один комплект роликовых пар 4а, который может поддерживать стальную трубу 1 при ее подаче.

В результате изготавливается изогнутый элемент 8 с высокой рабочей эффективностью при обеспечении достаточной точности изгибания.

Список документов предшествующего уровня техники

Патентный документ 1: \УО 2006/093006.

Непатентный документ 1: ЛбокЬа СциЧки (Журнал Общества автомобильных инженеров Японии), Уо1. 57, Νο. 6, 2003, стр. 23-28.

Раскрытие изобретения

Если подающее устройство 3 не поддерживает должным образом передний конец или задний конец стальной трубы 1, изгибающее устройство 0 имеет следующие проблемы (а)-(е).

(a) Изогнутый элемент 8 не имеет достаточной точности изгибания.

(b) Во время изгибания становится необходимой большая сила. Текучесть изогнутого элемента 8 уменьшается. Более того, внутренняя часть стальной трубы, которая подвержена воздействию атмосферы с высокой температурой, окисляется, и качество изогнутого элемента 8 уменьшается.

(c) Охлаждающая вода, которая разбрызгивается на стальную трубу 1 из водяного охлаждающего устройства 6, попадает внутрь стальной трубы 1 и препятствует нагреванию стальной трубы 1 посредством высокочастотной нагревательной катушки 5, так что размерная точность изогнутого элемента 8 уменьшается.

(ά) Затруднено успешное прохождение стальной трубы 1 через поддерживающее средство 2, высокочастотную нагревательную катушку 5 и водяное охлаждающее устройство 6, и изгибание стальной трубы 1 более невозможно.

(е) Части, которые удерживают стальную трубу 1, нагреваются посредством высокочастотной нагревательной катушки 5 до температуры, при которой возможна деформация, и в результате размерная точность изогнутого элемента 8 уменьшается.

Задачей настоящего изобретения является устранение проблем (а)-(е) изгибающего устройства 0 и разработка изгибающего устройства для изготовления удлиненного металлического элемента, имеющего замкнутое поперечное сечение, с большей производительностью и превосходной размерной точностью по сравнению с изгибающим устройством 0.

Настоящее изобретение основано на том, что описанные выше проблемы (а)-(е) могут быть решены посредством (ί) обеспечения подающего устройства 3 изгибающего устройства 0 или устройства предотвращения деформации или т.п., расположенного после подвижной роликовой волоки 4 в направлении

- 1 024526 подачи стальной трубы 1, с цилиндрическим патроном, который расположен внутри или снаружи стальной трубы 1, для захвата стальной трубы 1, и (ίί) оптимизации формы, конструкции и функционирования патрона.

Настоящее изобретение представляет собой изгибающее устройство, содержащее первый поддерживающий механизм, который расположен в первом положении и который способен поддерживать подлежащий изгибанию полый металлический материал при его подаче, нагревательный узел, который расположен во втором положении по ходу подачи металлического материала и который способен нагревать весь подаваемый металлический материал или часть этого материала, охлаждающий узел, который расположен в третьем положении по ходу подачи металлического материала и который способен образовывать упрочненный закалкой участок в части металлического материала посредством охлаждения участка подаваемого металлического материала, который был нагрет нагревательным узлом, второй поддерживающий механизм, который расположен в четвертом положении по ходу подачи металлического материала и который способен сообщать изгибающий момент нагретому участку и изгибать металлический материал в требуемую форму посредством его двухмерного или трехмерного перемещения, при этом поддерживая по меньшей мере одно положение подаваемого металлического материала, механизм предотвращения деформации, который расположен в пятом положении по ходу подачи металлического материала, который способен предотвращать деформацию подаваемого металлического материала, и имеет патрон, который содержит трубчатый элемент круглого или многоугольного поперечного сечения и который способен захватывать конец металлического материала, и подающий механизм, который предназначен для подачи металлического материала в продольном направлении этого материала.

В настоящем изобретении подающий механизм предпочтительно имеет патрон.

В настоящем изобретении первый поддерживающий механизм предпочтительно выполнен с возможностью подачи металлического материала в продольном направлении этого материала.

В настоящем изобретении патрон механизма предотвращения деформации предпочтительно способен быть вставленным в полость металлического материала и контактировать с внутренней поверхностью этого материала.

В настоящем изобретении трубчатый элемент предпочтительно выполнен с возможностью увеличения его наружных размеров.

В настоящем изобретении патрон механизма предотвращения деформации предпочтительно приспособлен для размещения снаружи металлического материала и может контактировать с наружной поверхностью этого материала.

В настоящем изобретении трубчатый элемент предпочтительно выполнен с возможностью уменьшения его внутренних размеров.

В настоящем изобретении патрон механизма предотвращения деформации предпочтительно способен герметизировать внутреннюю часть металлического материала.

В настоящем изобретении патрон механизма предотвращения деформации предпочтительно способен прикладывать положительное давление к внутренней части металлического материала. В настоящем изобретении еще более предпочтительно окисление внутренней части металлического материала может быть предотвращено посредством герметизации инертного газа или т.п. внутри металлического материала.

В настоящем изобретении трубчатый элемент предпочтительно расположен так, что его ось приблизительно совпадает с осью металлического материала.

В настоящем изобретении трубчатый элемент предпочтительно имеет наружные размеры, которые приблизительно соответствуют наружным размерам металлического материала, конец которого закреплен в патроне механизма предотвращения деформации.

В настоящем изобретении трубчатый элемент предпочтительно имеет захваты и рабочий стержень, выполненные из высокопрочного материала.

В настоящем изобретении трубчатый элемент в его окружном направлении предпочтительно разделен на части и содержит разделительные элементы, расположенные по одному между каждыми двумя смежными частями трубчатого элемента.

В настоящем изобретении трубчатый элемент предпочтительно выполнен немагнитным. В частности, трубчатый элемент предпочтительно выполнен, например, из керамики, аустенитной нержавеющей стали, такой как §И8 304, или никелевого сплава.

В настоящем изобретении трубчатый элемент предпочтительно имеет слоистую структуру. Слоистая структура означает структуру, образованную посредством наслаивания тонких металлических листов друг на друга. Благодаря слоистой структуре индуцированным токам, вызванным посредством высоких частот, становится трудно течь внутри трубчатого элемента, и в результате становится трудным индукционное нагревание патрона.

Настоящее изобретение преодолевает описанные выше проблемы (а)-(е). Следовательно, согласно настоящему изобретению возможно надежно изготавливать элемент жесткости, усилительный элемент или конструкционный элемент, который выполнен из металла и который имеет двухмерно или трехмерно изогнутую форму, с высокой рабочей эффективностью, при этом обеспечивая достаточную размерную точность.

- 2 024526

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе, на котором показан пример конструкции изгибающего устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет собой пояснительный вид, на котором показан пример конструкции первого промышленного робота, второго промышленного робота, робота для поддерживания нагревательной катушки или третьего промышленного робота.

Фиг. 3(а) представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан удлиненный патрон, который используется в качестве концевого исполнительного органа, когда стальная труба непосредственно захвачена вторым промышленным роботом, используемым в качестве второго поддерживающего средства, фиг. 3(Ь) представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан короткий патрон, который используется в качестве концевого исполнительного органа, когда стальная труба непосредственно захвачена вторым промышленным роботом, используемым в качестве второго поддерживающего средства, и фиг. 3(с) представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан удлиненный патрон, который используется в качестве концевого исполнительного органа, когда стальная труба непосредственно захвачена вторым промышленным роботом, используемым в качестве второго поддерживающего средства.

Фиг. 4 представляет собой пояснительный вид, на котором показано, что удлиненный патрон может уменьшить изгибающую нагрузку.

Фиг. 5 (а) представляет собой пояснительный вид, на котором показан патрон такого типа, который расположен снаружи стальной трубы и который захватывает конец стальной трубы посредством контактирования с наружной поверхностью стальной трубы, фиг. 5(Ь) представляет собой пояснительный вид патрона такого типа, который вставлен внутрь стальной трубы и который захватывает конец стальной трубы посредством контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы, фиг. 5(с) представляет собой пояснительный вид, на котором показаны разные патроны 35-43.

Фиг. 6 представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан один пример патрона, который используется в третьем промышленном роботе.

Фиг. 7 представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан пример патрона, который используется в подающем устройстве по фиг. 1.

Фиг. 8(а)-8(с) представляют собой пояснительные виды, на которых схематично показаны механизмы для увеличения наружных размеров патрона, который захватывает конец стальной трубы посредством вставления в стальную трубу и контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы.

Фиг. 9(а) представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан пример конструкции патрона, подходящего для использования в изгибающем устройстве согласно настоящему изобретению, на фиг. 9(Ь) показан патрон в качестве сравнительного примера, и на фиг. 9(с) показан пример патрона согласно настоящему изобретению.

Фиг. 10 представляет собой пояснительный вид, на котором показан пример конструкции патрона такого типа, который имеет втулку со щелями, который подходит для использования в изгибающем устройстве согласно настоящему изобретению.

Фиг. 11(а) представляет собой пояснительный вид, на котором показан пример конструкции патрона такого типа, который имеет гидравлическую муфту, который подходит для использования в изгибающем устройстве согласно настоящему изобретению, и фиг. 11(Ь) представляет собой пояснительный вид его модификации.

Фиг. 12 представляет собой пояснительный вид механизма образования положительного давления внутри стальной трубы.

Фиг. 13 представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показана конструкция изгибающего устройства, описанного в патентном документе 1.

Перечень ссылочных позиций

- изгибающее устройство, описанное в патентном документе 1,

- стальная труба,

- поддерживающее средство,

- подающее устройство,

- подвижная роликовая волока,

4а - роликовая пара,

- высокочастотная нагревательная катушка,

- водяное охлаждающее устройство,

- изогнутый элемент,

- изгибающее устройство согласно настоящему изобретению,

- подающее средство,

- первое поддерживающее средство,

12а, 12а - роликовые пары,

- нагревательное средство,

13а - нагревательная катушка,

- 3 024526

- охлаждающее средство,

14а, 14Ь - форсунки для разбрызгивания охлаждающей воды,

- второе поддерживающее средство,

- средство предотвращения деформации,

- стальная труба,

17а - концевая часть,

- первый промышленный робот,

- верхнее плечо,

- переднее плечо,

20а - запястье,

- управляющее устройство,

- устройство ввода,

- паллет,

- концевой исполнительный орган,

- подвижная роликовая волока,

25а, 25Ь - роликовые пары,

- второй промышленный робот,

26а - кисть,

- робот для поддерживания высокочастотной катушки,

- третий промышленный робот,

- кисть,

30-44, 46, 48, 49, 57, 58 - патроны,

- цилиндр,

- поддерживающая направляющая,

- корпус,

- вал,

- рабочий стержень,

- захваты патрона,

- конический стержень,

- сегменты,

- упругие захваты,

57а, 57Ь - компоненты,

- изоляционный элемент,

- патрон,

- втулка,

- щель,

- уплотнительное кольцо,

70, 70-1 - патроны,

- жидкость высокого давления,

- проточный канал,

- втулка,

- цилиндр.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

Настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи. В приведенном ниже описании будет приведен пример случая, в котором полый металлический материал, имеющий замкнутое поперечное сечение, в настоящем изобретении является стальной трубой 17, но настоящее изобретение не ограничено стальной трубой, и оно может быть применено таким же образом к любому полому металлическому материалу, имеющему замкнутое поперечное сечение (такое как прямоугольная труба или труба с фасонным поперечным сечением).

Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе, на котором показана в упрощенной и укороченной форме часть примера конструкции изгибающего устройства 10 согласно настоящему изобретению. На фиг. 1 первый промышленный робот 18, робот 27 для поддерживания нагревательной катушки, второй промышленный робот 26 и третий промышленный робот 28 показаны с манипуляторами и т.п., проиллюстрированными концептуально и в упрощенной форме.

Изгибающее устройство 10 имеет подающий механизм 11, первый поддерживающий механизм 12, нагревательный механизм 13, охлаждающий механизм 14, второй поддерживающий механизм 15 и механизм 16 предотвращения деформации.

Подающий механизм 11.

Подающий механизм 11 подает стальную трубу 17 в ее продольном направлении. Подающий механизм 11 состоит из первого промышленного робота 18.

Первый промышленный робот 18, робот 27 для поддерживания нагревательной катушки и третий промышленный робот 28 являются роботами такого же типа, как второй промышленный робот 26.

- 4 024526

Фиг. 2 представляет собой пояснительный вид, на котором показан пример конструкции первого промышленного робота 18, второго промышленного робота 26, робота 27 поддерживания нагревательной катушки или третьего промышленного робота 28.

Первый промышленный робот 18, второй промышленный робот 26, робот 27 поддерживания нагревательной катушки и третий промышленный робот 28 (далее называемые роботами) являются так называемыми роботами с вертикальной рукой, имеющими с первой по шестую оси.

Первая ось позволяет верхнему плечу 19 поворачиваться в горизонтальной плоскости. Вторая ось позволяет вертикальному плечу 19 качаться вперед и назад. Третья ось позволяет переднему плечу 20 качаться вверх и вниз. Четвертая ось позволяет переднему плечу 20 поворачиваться. Пятая ось позволяет запястью 20а качаться вверх и вниз. Шестая ось позволяет запястью 20а поворачиваться.

В дополнение к осям с первой по шестую роботы могут, при необходимости, иметь седьмую ось, которая позволяет верхнему плечу 19 поворачиваться. Оси с первой по седьмую приводятся в действие серводвигателями переменного тока.

Таким же образом, как и другие промышленные роботы общего назначения, каждый из роботов имеет управляющее устройство 21, которое осуществляет общее управление работой осей с первой по шестую, и устройство 22 ввода для обеспечения инструкций для работы осей с первой по шестую.

Концевой исполнительный орган 24 предусмотрен на конце запястья 20а первого промышленного робота 18. Концевой исполнительный орган 24 используется для захвата стальной трубы 17, размещенной в паллете 23, расположенной вблизи стороны первого промышленного робота 18, и для прохождения захваченной стальной трубы 17 через отверстия, предусмотренные в первом поддерживающем средстве 18 и нагревательном средстве 13.

Концевой исполнительный орган 24 используется не только, когда подающий механизм 11 подает стальную трубу 17, но также и когда стальная труба 17 непосредственно захвачена вторым промышленным роботом 26 без использования подвижной роликовой волоки 25 в качестве нижеописанного второго поддерживающего механизма 15 и когда стальная труба 17 поддерживается механизмом 16 предотвращения деформации.

Концевой исполнительный орган 24 оказывает большое влияние на размерную точность и производительность изогнутого элемента, который производится посредством этого изгибающего устройства 10. Концевой исполнительный орган 24 будет подробно описан ниже.

В приведенном ниже пояснении будет приведен пример концевого исполнительного органа для случая, в котором подвижная роликовая волока 25 не используется в качестве второго поддерживающего механизма 15 и стальная труба 17 непосредственно захвачена вторым промышленным роботом 26. Это описание применимо к концевому исполнительному органу 24 подающего механизма 11 и к концевому исполнительному органу 29 механизма 16 предотвращения деформации.

Фиг. 3(а) представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан концевой исполнительный орган в виде удлиненного патрона 30 для случая, в котором стальная труба 17 непосредственно захвачена вторым промышленным роботом 26 без использования подвижной роликовой волоки 25 в качестве второго поддерживающего механизма 15, фиг. 3(Ь) представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан концевой исполнительный орган в виде короткого патрона 31 для случая, в котором стальная труба 17 непосредственно захвачена вторым промышленным роботом 26 без использования подвижной роликовой волоки 25 в качестве второго поддерживающего механизма 15, и фиг. 3(с) представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан концевой исполнительный орган в виде удлиненного патрона 32 для случая, в котором стальная труба 17 непосредственно захвачена вторым промышленным роботом 26 без использования подвижной роликовой волоки 25 в качестве второго поддерживающего механизма 15.

Каждый из патронов 30-32 содержит трубчатый элемент для захвата конца стальной трубы 17.

Патрон 30 расположен снаружи стальной трубы 17. Патрон 30 захватывает конец стальной трубы 17 посредством контактирования с наружной поверхностью 17Ь стальной трубы 17. Патрон 30 имеет такую конструкцию, что его внутренний диаметр может быть сужен посредством описанного ниже подходящего механизма.

Каждый из патронов 31 и 32 вставлен внутрь стальной трубы 17. Патроны 31 и 32 захватывают конец стальной трубы 17 посредством контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы 17. Каждый из патронов 31 и 32 имеет такую конструкцию, что его наружный диаметр может быть увеличен посредством нижеописанного подходящего механизма.

Каждый из этих патронов 30-32 должным образом удерживает конец стальной трубы, подаваемой в ее осевом направлении. Следовательно, изгибающее устройство 10 может изгибать стальную трубу 17 с достаточной рабочей точностью.

Каждый из патронов 30-32 имеет механизм герметизации конца трубы, который контактирует с герметизируемой поверхностью, образованной на конце стальной трубы, или механизм герметизации внутренней поверхности, который контактирует с герметизируемой поверхностью, образованной на внутренней поверхности стальной трубы. В результате патроны 30-32 герметизируют стальную трубу 17 с помощью непосредственного контактирования с концом или с внутренней поверхностью стальной тру- 5 024526 бы 17. Патроны 30-32 предотвращают попадание воды внутрь стальной трубы 17, чтобы было выполнено должным образом нагревание стальной трубы 17 посредством высокочастотной нагревательной катушки 13а. Следовательно, изгибающее устройство 10 может изгибать стальную трубу 17 с достаточной точностью.

Патрон 30 содержит удлиненный трубчатый элемент. Следовательно, изгибающая нагрузка № ограничивается маленькой величиной, и столкновение между вторым промышленным роботом и оборудованием в его периферии предотвращено, даже когда изгибание начинается вблизи переднего конца стальной трубы 17.

Патрон 31 содержит короткий трубчатый элемент. Закалочное упрочнение стальной трубы 17 выполняется от конца стальной трубы 17 так, что текучесть изделий увеличивается.

Патрон 32 содержит удлиненный трубчатый элемент, так что изгибающие нагрузки № подавляются до маленькой величины. Столкновение между вторым промышленным роботом 26 и оборудованием в его периферии предотвращено, даже если изгибание начинается вблизи конца стальной трубы 17, и закалочное упрочнение выполняется от конца стальной трубы 17, таким образом увеличивая текучесть изделий.

Фиг. 4 представляет собой пояснительный вид, на котором показано, что патроны 30 и 32 могут уменьшить изгибающую нагрузку №.

На фиг. 4 позиция № обозначает изгибающую нагрузку, позиция М обозначает моменты, необходимые для изгибания стальной трубы 17, позиция 1! обозначает длину патрона, позиция 1₂ обозначает длину контактирования зажимания в патроне, и позиция 1₃ обозначает расстояние от конца стальной трубы 17 до точки, в которой начинается изгибание.

Изгибающая нагрузка определяется как №=М/Ь=М/(1₁+1₃). Чем длиннее Ь, тем меньше может быть №. Для улучшения текучести изделий предпочтительно начинать изгибание вблизи конца стальной трубы 17, а именно, предпочтительно делать 1₃ маленькой. Когда существуют ограничения допустимой нагрузки на изгибающее оборудование, 13 может быть укорочено посредством удлинения 11.

Например, при выполнении изгибания стальной трубы, имеющей наружный диаметр 25 мм и толщину стенки 1,0 мм, с радиусом изгибания 200 мм момент, необходимый для изгибания, составляет приблизительно 36 Нм.

Если допустимая изгибающая нагрузка составляет 500 Н, тогда когда Ь=б, №=1440 Н > 500 Н и когда Ь=2ф №=720 Н > 500 Н, так что изгибание не может быть выполнено в обоих случаях. Наоборот, когда Ь=3ф №480 Н < 500 Н, когда Ь=4ф №=360 Н < 500 Н, и когда Ь=5ф №=288 Н < 500 Н, так что изгибание может быть выполнено в каждом случае.

Для этого при вышеописанных условиях предпочтительно удовлетворяется отношение Ь>36.

Фиг. 5(а) представляет собой пояснительный вид, на котором показан патрон 33 такого типа, который расположен снаружи стальной трубы и который захватывает конец стальной трубы посредством контактирования с наружной поверхностью стальной трубы, и фиг. 5(Ь) представляет собой пояснительный вид патрона 34 такого типа, который вставлен внутрь стальной трубы и который захватывает конец стальной трубы посредством контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы.

Патрон 34 является предпочтительным перед патроном 33, поскольку он может быть более просто центрирован относительно стальной трубы и может более просто достигать захватывающей силы посредством растягивающей силы в окружном направлении стальной трубы.

Фиг. 5(с) представляет собой пояснительный вид, на котором показаны разные патроны 35-43.

Патроны 35 и 36 расположены снаружи стальной трубы и контактируют с наружной поверхностью стальной трубы.

Патроны 37 и 38 вставлены внутрь стальной трубы и контактируют с внутренней поверхностью стальной трубы.

Патроны 39 и 40 расположены снаружи стальной трубы и контактируют с наружной поверхностью стальной трубы, и они также вставлены внутрь стальной трубы и контактируют с внутренней поверхностью стальной трубы.

Каждый из патронов 41-43 является патроном для прямоугольных труб. Для достижения достаточной удерживающей силы даже с прямоугольной трубой и для уверенного захвата прямоугольной трубы патроны 41-43 предпочтительно вставлены в стальную трубу и контактируют с внутренней поверхностью стальной трубы, а также контактируют с внутренними углами прямоугольной трубы.

Каждый из вышеупомянутых патронов предпочтительно расположен так, чтобы его центральная ось приблизительно совпадала с центральной осью стальной трубы, чтобы патрон мог уверенно проходить через первое поддерживающее устройство 12, нагревательное устройство 13, охлаждающее устройство 14 и второе поддерживающее устройство 15.

Фиг. 6 представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан пример патрона 44, используемого третьим промышленным роботом 28 на фиг. 1. Позицией 45 на фиг. 6 обозначен цилиндр.

Как видно из фиг. 6, когда стальная труба 17 подвергается изгибанию, будучи подвергнутой закалочному упрочнению вблизи ее переднего конца, патрон 44 предпочтительно является удлиненным патроном, имеющим наружный диаметр с размерами, грубо соответствующими наружному диаметру

- 6 024526 стальной трубы 17.

Фиг. 7 представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан пример патрона 46, используемого в подающем механизме на фиг. 1. Позицией 47 на фиг. 7 обозначена поддерживающая направляющая.

Как видно из фиг. 7, когда стальная труба 17 подвергается изгибанию, будучи подвергнутой закалочному упрочнению вблизи ее переднего конца, предпочтительно использовать удлиненный патрон 46, имеющий наружный диаметр с размерами, грубо соответствующими наружному диаметру стальной трубы 17.

Фиг. 8(а)-8(с) представляют собой пояснительные виды, на которых схематично показаны механизмы для увеличения наружных размеров патронов 48, 49 и 48-1, которые захватывают конец стальной трубы посредством вставления в стальную трубу 17 и контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы 17.

Внутри цилиндрического корпуса 50 патрон 48 имеет вал 51, который может быть выдвинут и втянут посредством непоказанного цилиндра или т.п., и рабочий стержень 52, который, например, расположен у переднего конца вала 51. Четыре захвата 53 патрона расположены в заданных положениях в осевом направлении корпуса 50 на наклонной поверхности рабочего стержня 52. Захваты 53 патрона перемещаются в радиальном направлении посредством перемещения вала 51 в осевом направлении корпуса 50, таким образом увеличивая или уменьшая наружные размеры патрона 48.

Внутри цилиндрического корпуса 50 патрон 49 имеет вал 51, который может быть выдвинут и втянут посредством непоказанного цилиндра или т.п., и конический стержень 54, который, например, расположен у переднего конца вала 51. Большое количество сегментов 55 и упругий захват 56 расположены на наклонной поверхности конического стержня 54. Когда вал 51 перемещается в осевом направлении корпуса 50, сегменты 55 перемещаются в радиальном направлении, и в результате этого наружные размеры патрона 49 увеличиваются или уменьшаются.

Патрон 48-1 является модификацией патрона 48. Рабочий стержень 52 имеет клиновидную форму. Клиновидный рабочий стержень 52 может увеличивать площадь поперечного сечения соединения с валом 51 и таким образом увеличивать силу рабочего стержня 52.

Захваты 53 патрона предпочтительно имеют канавки в форме ласточкина хвоста, которые продолжаются в осевом направлении корпуса 50 для осуществления уверенного выполнения разжимания.

Примерами материалов, используемых для захватов 53 патрона и рабочего стержня 52, являются аустенитная нержавеющая сталь и инструментальная сталь. Аустенитная нержавеющая сталь является подходящей, так как она является немагнитной и не подвергается легко индукционному нагреванию, но она в некоторой степени является худшей относительно сопротивления износу (сопротивления повреждению) и противозадирных свойств. С другой стороны, инструментальная сталь имеет превосходную износостойкость в холодном состоянии. Инструментальная сталь является магнитной и легко подвержена индукционному нагреванию, но проблемы в действительном использовании отсутствуют до тех пор, пока окрестности захватов 53 патрона не подвержены индукционному нагреванию. Корпус 50 предпочтительно является немагнитным элементом, выполненным из аустенитной нержавеющей стали или т.п.

Фиг. 9(а) представляет собой пояснительный вид, на котором схематично показан пример конструкции патрона 57, подходящего для использования в изгибающем устройстве 10 согласно настоящему изобретению, на фиг. 9(Ь) показан патрон 58 в качестве сравнительного примера, и на фиг. 9(с) показан патрон 57 в качестве примера согласно настоящему изобретению.

Как видно из фиг. 9(а) и 9(с), патрон 57 имеет компоненты 57а и 57Ь и изоляционные элементы 59. Компоненты 57а и 57Ь разделены на множество элементов (два в проиллюстрированном примере) в окружном направлении.

Изоляционные элементы 59 расположены между двумя примыкающими компонентами 57а и 57Ь. Изоляционные элементы 59 выполнены, например, из политетрафторэтилена или т.п.

Как видно из фиг. 9(с), посредством расположения изоляционных элементов 59 между множеством компонентов 57а и 57Ь патрона 57 токи, текущие в компонентах 57а и 57Ь, гасят друг друга. В результате этого предотвращается течение тока, индуцированного посредством высокочастотной нагревательной катушки 13а, вокруг компонентов 57а и 57Ь и нагревание патрона 58.

Фиг. 10 представляет собой пояснительный вид, на котором показана конструкция патрона 60 типа втулки с щелями, который подходит для использования в изгибающем устройстве согласно настоящему изобретению.

Патрон 60 имеет вал 51, который может быть выдвинут и втянут посредством непоказанного цилиндра или т.п., и рабочий стержень 52, расположенный, например, у переднего конца вала 51, причем оба из них находятся внутри цилиндрического корпуса 50 патрона 60. Втулка 61, имеющая щели 62 и уплотнительное кольцо 63, расположена на наклонной поверхности рабочего стержня 52 в заданных положениях в осевом направлении корпуса 50. Втулка 61 с щелями упруго деформируется и увеличивается или уменьшается в диаметре, когда вал 51 перемещается в осевом направлении корпуса 50. В результате, наружные размеры патрона 60 увеличиваются или уменьшаются.

Так как втулка 61 имеет множество щелей 62, она может упруго деформироваться под действием

- 7 024526 маленькой силы, и она не нагревается легко под действием индукционного нагревания, даже когда она выполнена из металла.

Индукционное нагревание втулки 61 может быть достаточно предотвращено просто посредством выполнения втулки 61 из немагнитного элемента. Щели 62 предпочтительно предусмотрены, когда достаточно гарантирована прочность втулки 61.

Фиг. 11(а) представляет собой пояснительный вид, на котором показана конструкция патрона 70 с гидравлической муфтой, который подходит для использования в изгибающем устройстве согласно настоящему изобретению, и фиг. 11(Ь) представляет собой пояснительный вид его модификации 70-1.

Канал 72 для текучей среды 71 под высоким давлением, которая была образована с использованием непоказанного насоса высокого давления, образован внутри патрона 70. Втулка 73, которая образована из упругого элемента, предусмотрена на наружной периферии рабочего конца корпуса патрона 70. Втулка 73 деформируется так, чтобы расширяться посредством прохождения текучей среды 71 под высоким давлением через канал 72. Патрон 70 может уменьшать наружный диаметр рабочего конца корпуса, чтобы он был использован как патрон, имеющий маленький внутренний диаметр. Втулка 73 предпочтительно выполнена из теплостойкого материала.

Патрон 70-1 имеет цилиндр 74, который производит текучую среду 71 под высоким давлением. Благодаря тому, что площадь Л! поперечного сечения рабочей части цилиндра 74 больше, чем площадь А₂ поперечного сечения канала 72, давление Р₂ в канале 72 может быть сделано высоким, даже когда рабочее давление Р₁ цилиндра 74 является низким.

Фиг. 12 представляет собой пояснительный вид механизма образования положительного давления внутри стальной трубы 17.

Если уплотнительный элемент у конца стальной трубы 17 выполнен из мягкого материала, такого как резина, износостойкость уплотнительного элемента иногда является недостаточной. Если уплотнительный элемент выполнен из металла, иногда невозможно предотвратить попадание воды в стальную трубу 17.

Следовательно, патрон 76 со стороны подачи, который имеет канал внутри рабочего стержня для подачи сжатого воздуха или сжатого инертного газа, используется в качестве механизма для образования положительного давления внутри стальной трубы 17. Механизм предпочтительно выполнен так, что сжатый воздух или сжатый инертный газ, подаваемый внутрь стальной трубы 17, выпускается через патрон 77 со стороны выхода. В результате внутри стальной трубы 17 сохраняется положительное давление, и попадание охлаждающей воды из охлаждающего устройства 14 внутрь стальной трубы 17 может быть полностью предотвращено.

Внутрь стальной трубы 17 предпочтительно подается инертный газ, такой как газообразный азот, чтобы подавить окисление внутренней части стальной трубы 17.

Когда вышеописанные патроны захватывают внутреннюю поверхность обрабатываемого материала, имеющую многоугольное поперечное сечение, такое как прямоугольное поперечное сечение, или при захватывании обрабатываемого материала, имеющего фасонное поперечное сечение с углами, захватывающая сила может быть увеличена и обрабатываемый материал может быть уверенно центрирован, если захватывание осуществляется так, чтобы патрон контактировал с каждым из углов внутренней периферийной поверхности обрабатываемого материала.

Первый промышленный робот 18 перемещает стальные трубы 17 от паллета 23 к изгибающему устройству 10 и устанавливает их в изгибающем устройстве 10. В результате этого может быть достигнуто уменьшение времени цикла и увеличение производительности изгибающего устройства 10.

Первый поддерживающий механизм 12.

Первый поддерживающий механизм 12 закреплен в первом положении А. Первый поддерживающий механизм 12 поддерживает стальную трубу 17 при ее подаче. Таким же образом, как и в изгибающем устройстве 0, первый поддерживающий механизм 12 содержит волоку. Волока имеет по меньшей мере одну пару роликовых пар 12а, 12а (в проиллюстрированном примере она также имеет еще один комплект роликовых пар 12Ь, 12Ь, всего два комплекта), которая может поддерживать стальную трубу 17 при ее подаче. Такая волока хорошо известна специалистам в данной области техники, так что пояснение первого поддерживающего механизма 12 будет опущено.

Конструкция первого поддерживающего механизма 12 описана выше.

Нагревательный механизм 13.

Нагревательный механизм 13 расположен во втором положении В после первого положения А в направлении подачи стальной трубы 17 и поддерживается роботом 27 поддерживания нагревательной катушки. Нагревательный механизм 13 нагревает всю или участок подаваемой стальной трубы 17.

В качестве нагревательного механизма 13 используется индукционное нагревательное устройство, имеющее нагревательную катушку 13 а, которая расположена вокруг стальной трубы 17 и отделена от нее. Нагревательная катушка 13а хорошо известна специалистам в данной области техники, так что пояснение нагревательного механизма 13 будет опущено.

Охлаждающий механизм 14.

Охлаждающий механизм 14 расположен в третьем положении С после второго положения В в на- 8 024526 правлении подачи стальной трубы 17. Охлаждающий механизм 14 образует высокотемпературный участок в части стальной трубы 17 посредством охлаждения участка подаваемой стальной трубы 17, который был нагрет посредством нагревательного механизма 13.

Охлаждающий механизм 14 использует, например, водяное охлаждающее устройство. Водяное охлаждающее устройство имеет форсунки 14а и 14Ь для разбрызгивания охлаждающей воды, находящиеся на расстоянии от стальной трубы 17. Такие форсунки 14а и 14Ь для разбрызгивания охлаждающей воды хорошо известны специалистам в данной области техники, так что пояснение охлаждающего механизма 14 будет опущено.

Второй поддерживающий механизм 15.

Второй поддерживающий механизм 15 расположен в четвертом положении Ό после третьего положения С в направлении подачи стальной трубы 17. Второй поддерживающий механизм 15 сообщает изгибающий момент высокотемпературному участку стальной трубы 17 между положениями В и С (участок, который был нагрет, и его сопротивление деформации было сильно снижено) и изгибает стальную трубу 17 в требуемую форму посредством двухмерного или трехмерного перемещения, при этом поддерживая по меньшей мере одно положение на подаваемой стальной трубе 17.

Таким же образом, как и в изгибающем устройстве 0, второй поддерживающий механизм 15 состоит из подвижной роликовой волоки 25. Подвижная роликовая волока 25 имеет по меньшей мере один комплект роликовых пар 25а и 25Ь, который может поддерживать стальную трубу 17 при ее подаче. Тем не менее, в качестве другого приспособления концевой исполнительный орган, такой как кисть, который удерживается вторым промышленным роботом 26, может быть использован в качестве второго поддерживающего механизма 15, и стальная труба 17 может быть непосредственно захвачена концевым исполнительным органом.

Подвижная роликовая волока 25 поддерживается вторым промышленным роботом 26.

Как и описанный выше первый промышленный робот 18, второй промышленный робот 26 является так называемым роботом с вертикальной рукой. Он имеет с первой по шестую оси и, при необходимости, седьмую ось. Оси с первой по седьмую приводятся в действие серводвигателями переменного тока.

Кисть 26а предусмотрена у одного конца запястья 20а второго промышленного робота 26 в качестве концевого исполнительного органа, который удерживает подвижную роликовую матрицу 25. Тем не менее, концевой исполнительный орган необязательно должен быть кистью 26а.

Механизм 16 предотвращения деформации.

Механизм 16 предотвращения деформации расположен в пятом положении Е после четвертого положения Ό в направлении подачи стальной трубы 17. Механизм 16 предотвращения деформации предотвращает деформацию подаваемой стальной трубы 17.

В качестве механизма 16 предотвращения деформации используется третий промышленный робот

28.

Как и вышеописанные первый промышленный робот 18 и второй промышленный робот 27, третий промышленный робот 28 является так называемым роботом с вертикальной рукой. Он имеет с первой по шестую оси и, при необходимости, седьмую ось. Оси с первой по седьмую приводятся в действие серводвигателями переменного тока.

Любой из патронов, описанных со ссылкой на фиг. 3-11, предусмотрен на конце запястья 20а третьего промышленного робота 28 и используется в качестве концевого исполнительного органа для удержания конца 17а стальной трубы 17.

Изгибающее устройство 10 предпочтительно выполняет изгибание в теплом или горячем состоянии. Теплое состояние означает диапазон температуры нагревания, в котором сопротивление деформации металлического материала ниже, чем при комнатной температуре. Например, для некоторых металлических материалов этот будет диапазон температуры, примерно, 500-800°С. Горячее состояние означает диапазон температуры нагревания, в котором сопротивление деформации металлического материала ниже, чем при комнатной температуре, и который необходим для закалочного упрочнения металлического материала. Например, для некоторых металлических материалов это будет диапазон температур от 870°С или выше. В частности, когда изгибание выполняется в горячем состоянии, после того как достигнута заданная температура для закалки, закалка может быть выполнена посредством охлаждения с заданной скоростью охлаждения. Когда изгибание выполняется в теплом состоянии, возникновение деформаций во время обработки, таких как тепловые деформации, может быть предотвращено посредством охлаждения изогнутого участка.

Изгибающее устройство 10 имеет вышеописанную конструкцию.

Поскольку по меньшей мере один из подающего механизма 11 и механизма 16 предотвращения деформации имеет трубчатый патрон, который может захватывать стальную трубу 17, достигаются эффекты, описанные ниже.

(a) Подающий механизм 11 может должным образом удерживать передний конец или задний конец стальной трубы 17, и изгибание может быть выполнено с достаточной точностью.

(b) Подающий механизм 11 может предотвращать окисление внутренней части стальной трубы 17, которая подвержена воздействию атмосферы с высокой температурой.

- 9 024526 (с) Сила, требуемая для изгибания, не становится слишком большой, и текучесть изогнутой стальной трубы 17 является высокой.

(б) Предотвращено попадание воды внутрь стальной трубы 17, и нагревание стальной трубы посредством высокочастотной нагревательной катушки 13а может быть выполнено правильно, так что точность изгибания достаточно увеличена.

(е) Изгибаемая стальная труба 17 может последовательно пройти через поддерживающий механизм 12, высокочастотную нагревательную катушку 13а и водяной охлаждающий механизм 14, и изгибание может быть выполнено уверенно.

(ί) Патрон, который захватывает стальную трубу 17, не подвергается индукционному нагреванию посредством высокочастотной нагревательной катушки 13 а, и он может удерживать стальную трубу 17 непрерывно с уверенностью с начала до конца изгибания. В результате этого точность изгибания может быть достаточно увеличена.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Изгибающее устройство, содержащее первый поддерживающий механизм, который расположен в первом положении и который способен поддерживать подлежащий изгибанию полый металлический материал при его подаче, нагревательный узел, который расположен во втором положении по ходу подачи металлического материала и который способен нагревать весь подаваемый металлический материал или часть этого материала, охлаждающий узел, который расположен в третьем положении по ходу подачи металлического материала и который способен образовывать упрочненный закалкой участок в части металлического материала посредством охлаждения участка подаваемого металлического материала, который был нагрет нагревательным узлом, второй поддерживающий механизм, который расположен в четвертом положении по ходу подачи металлического материала и который способен сообщать изгибающий момент нагретому участку и изгибать металлический материал в требуемую форму посредством его двухмерного или трехмерного перемещения, при этом поддерживая по меньшей мере одно положение подаваемого металлического материала, механизм предотвращения деформации, который расположен в пятом положении по ходу подачи металлического материала, который способен предотвращать деформацию подаваемого металлического материала, и имеет патрон, который содержит трубчатый элемент круглого или многоугольного поперечного сечения и который способен захватывать конец металлического материала, и подающий механизм, который предназначен для подачи металлического материала в продольном направлении этого материала.
2. Устройство по п.1, в котором подающий механизм имеет патрон.
3. Устройство по п.1, в котором первый поддерживающий механизм выполнен с возможностью подачи металлического материала в продольном направлении этого материала.
4. Устройство по п.1, в котором патрон механизма предотвращения деформации способен быть вставленным в полость металлического материала и контактировать с внутренней поверхностью этого материала.
5. Устройство по п.4, в котором трубчатый элемент выполнен с возможностью увеличения его наружных размеров.
6. Устройство по п.1, в котором патрон механизма предотвращения деформации приспособлен для размещения снаружи металлического материала и может контактировать с наружной поверхностью этого материала.
7. Устройство по п.6, в котором трубчатый элемент выполнен с возможностью уменьшения его внутренних размеров.
8. Устройство по п.1, в котором патрон механизма предотвращения деформации способен герметизировать внутреннюю часть металлического материала.
9. Устройство по п.1, в котором патрон механизма предотвращения деформации способен прикладывать положительное давление к внутренней части металлического материала.
10. Устройство по п.1, в котором трубчатый элемент расположен так, что его ось приблизительно совпадает с осью металлического материала.
11. Устройство по п.1, в котором трубчатый элемент имеет наружные размеры, которые приблизительно соответствуют наружным размерам металлического материала, конец которого закреплен в патроне механизма предотвращения деформации.
12. Устройство по п.1, в котором трубчатый элемент имеет захваты и рабочий стержень, выполненные из высокопрочного материала.
13. Устройство по п.1, в котором трубчатый элемент в его окружном направлении разделен на части и содержит разделительные элементы, расположенные по одному между каждыми двумя смежными частями трубчатого элемента.

- 10 024526
14. Устройство по п.1, в котором трубчатый элемент выполнен немагнитным.
15. Устройство по п.1, в котором трубчатый элемент имеет слоистую структуру.