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    • 专利摘要:
    是使用超硬矯正輥子的鋼材的彎曲矯正方法，該超硬矯正輥子，其輥子材質為碳化鎢-鈷(WC-Co)類的燒結體(超硬合金)，其特徵為：該超硬輥子的硬度為HRA85~87。藉由該矯正方法來達成：當將鋼材的撓曲矯正時，能防止輥子的磨耗，防止因磨耗導致被矯正材表面產生缺陷，並且縮短更換處理程序時間，來提升撓曲矯正機的使用率，能使精加工效率提升進而使生產性提升，當被矯正材為汽車的安全氣囊用鋼管等的高強度材時特別有效。
    公开号:TW201302337A
    申请号:TW101104718
    申请日:2012-02-14
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Kazuhiro Uchida；Tadashi Kawakami
    申请人:Sumitomo Metal Ind；
    IPC主号:B21B23-00
    专利说明:
    撓曲矯正方法
    本發明是關於棒或管等的鋼材的彎曲矯正方法，尤其用來防止矯正機的輥子的磨耗，防止因磨耗導致的輥子的凹凸轉印到鋼材等情形，並且縮短輥子更換處理程序時間以達到精加工效率的提升。
    只要沒有另外記載則本說明書的用語定義如下。
    「超硬矯正輥子」：輥子材質為碳化鎢-鈷(WC-Co)類的燒結體(超硬合金)的矯正輥子。也僅記載為「超硬輥子」。
    「硬度」：輥子或被矯正材的硬度，代表在JIS Z 2245所規定的藉由洛氏硬度(Rockwell Hardness)測試所測定的洛氏硬度(刻度A)，例如記為「HRA86」等。
    雖然管或棒等的鋼材是經過熱加工或冷加工所製造，而當加工時，或在其過程的熱處理時，會產生撓曲。該撓曲，在精加工過程，通常會藉由組合有複數個鼓狀的輥子的傾斜輥子式矯正機(矯直機)等，使用輥子的撓曲矯正機來矯正。
    可是，尤其將汽車的安全氣囊用鋼管等、高強度材的撓曲進行矯正時，容易因為輥子磨耗(偏向磨耗)而偏離設計輥子外型，往往會因為磨耗產生的微小的凹凸而在被矯正材產生螺旋狀的缺陷、或將凹凸轉印到被矯正材。除此之外，需要稱為碰撞及偏置的撓曲矯正時的輥子位置設定(處理程序)的變更，藉由更換處理程序的時間的延長，讓撓曲矯正機的使用率降低，而讓精加工效率降低進而讓生產性降低，或產生撓曲矯正的精度降低。
    作為管的矯正方法，例如在專利文獻1揭示有一種矯正管的方法：為了防止藉由矯正時所產生的殘留應力而在製品產生應力侵蝕裂紋，當矯正管時要將所需要的碰撞量維持一定，而不會產生過多的殘留應力。可是，並沒有記載關於抑制輥子的磨耗，該專利文獻的記載方法無法成為上述問題的解決手段。
    在專利文獻2，揭示有一種鋼管的撓曲矯正方法，藉由偏置輥子組一邊施加撓曲一邊前進來消除撓曲；將上述偏置輥子組的偏置方向，朝與每預定的通管量相反的方向變更。藉由適用該方法，則可使上輥子與下輥子的磨耗均勻化，消除上下輥子的更換作業。可是無法減少磨耗情形。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
    〔專利文獻1〕日本特開昭55-128318號公報
    〔專利文獻2〕日本特開平8-47722號公報
    如上述，當將在管或棒等的鋼材產生的撓曲、尤其是汽車的安全氣囊用鋼管等的高強度材的撓曲矯正時，輥子磨耗，而因為該磨耗導致在被矯正材表面產生缺陷、或需要更換處理程序的時間的情況。相對於該問題，很難用習知技術來因應。
    本發明鑑於該問題，其目的要提供一種撓曲矯正方法，當將管或棒等的鋼材，尤其將安全氣囊用鋼管等的高強度材的撓曲，藉由使用矯直機等的輥子的撓曲矯正機進行矯正時，抑制輥子的磨耗，防止因磨耗導致輥子的凹凸轉印到被矯正材或產生缺陷，並且縮短更換處理程序時間，使精加工效率提升，進而使生產性提升。
    本發明的主旨如下。
    (1)是使用超硬矯正輥子的鋼材的撓曲矯正方法，該超硬輥子的硬度為HRA85~87。
    (2)如請求項1記載的撓曲矯正方法，其中被矯正材是汽車的安全氣囊用鋼管。
    這裡所謂「使用輥子的撓曲矯正方法」，是在被矯正材的上下配置輥子，一邊使被矯正材前進一邊矯正撓曲的使用輥子式的矯正機的矯正方法，通常稱為使用傾斜輥子式矯正機(矯直機)的撓曲矯正方法。所謂「鋼材」，是無論材質為何，藉由該矯正方法能矯正其撓曲的管或棒等的鋼材。
    本發明的撓曲矯正方法，是使用硬度為HRA85~87的超硬矯正輥子的矯正方法。藉由該方法，當使用矯直機等的輥子來將管或棒等的鋼材的撓曲予以矯正時，能抑制輥子的磨耗，防止因磨耗導致被矯正材表面產生缺陷，並且縮短更換處理程序時間，讓撓曲矯正機的使用率提升，使精加工效率提升進而使生產性提升。
    為了解決上述課題，本發明者，希望藉由將輥子的材質最適當化來抑制輥子的磨耗，嘗試用WC-Co類的燒結體作為輥子材質。WC-Co類燒結體，是在WC的微粉末添加Co作為黏合劑來作成燒結體的複合材料，稱為超硬合金，因為具有高硬度且優異的耐磨耗性，所以尤其通常用作為切削工具的材料。
    調查該超硬合金的耐磨耗性、耐熱裂化性的結果，如後述實施例所示，確認了超硬合金，相對於習知的作為輥子材料所使用的工具鋼(JIS G 4404所限定的SKD1：2.1C-12Cr，以下僅記為「SKD」)，具有大約100倍的耐磨耗性。而判斷超硬合金具有作為輥子材料能承受足夠使用的耐熱裂化性(藉由反覆加熱-以水冷卻而直到產生裂化的反覆次數來評估)。
    並且將超硬合金製的輥子作為矯直機輥子適用在實際機器上的結果，確認並未發現有磨耗，能縮短更換處理程序時間，能提升矯直機的使用率。
    本發明根據這種發現，如上述，是使用超硬矯正輥子的鋼材的撓曲矯正方法，該超硬輥子的硬度為HRA85~87。
    在本發明，之所以以使用超硬矯正輥子為前提，是因為陶瓷與金屬的複合材料也就是超硬合金，其硬度、耐磨耗性很優異，並且也具有耐熱裂化性，適合作為輥子材料的緣故。也就是說，作為矯直機的材質，需要硬度、耐磨耗性、耐熱性(用來承受輥子進行矯正時的發熱)，而超硬合金在各方面都很優異的緣故。
    在本發明，之所以讓矯正輥子的硬度為HRA85~87，是因為要維持耐磨耗性及耐熱性都很高。如果輥子的硬度小於HRA85的話，與被矯正材的硬度的差異變小，會讓耐磨耗性不夠。而輥子的硬度超過HRA87的話，雖然耐磨耗性上升，可是發現耐熱性降低，會有讓耐熱裂化性降低的傾向。
    本發明的撓曲矯正方法，在被矯正材為汽車的安全氣囊用鋼管的情況特別有效。
    汽車的安全氣囊用鋼管，是由拉伸強度大致800~1100MPa的超強度鋼所構成，在拉伸強度為1100MPa時，硬度為大致HRA68.5。當要將該高強度且高硬度的安全氣囊用鋼管的撓曲進行矯正時，使用由通常的工具鋼(SKD，例如SKD11：1.5C-12Cr-1.0Mo等)所構成的輥子的話，容易產生輥子的磨耗，在被矯正材表面產生缺陷，而且伴隨著磨耗(磨耗導致減少量的增加)的進行，更換處理程序需要時間，往往會產生矯直機等的撓曲矯正機的使用率降低而精加工效率降低的情況。
    在該情況，適用：使用超硬矯正輥子的本發明的撓曲矯正方法的話，如後述實施例所示，事實能完全抑制輥子的磨耗，表面粗糙度不會有很大的變化(也就是並沒有發現有缺陷產生)，能縮短更換處理程序時間。 〔實施例〕 (實施例1)
    以在本發明的撓曲矯正方法所使用的超硬輥子的材料也就是超硬合金為對象，調查其耐磨耗性及耐熱裂化性。針對耐磨耗性，為了進行比較，將習知的輥子材料也就是工具鋼SKD(實施深冷處理來供使用)作為對象進行同樣的調查。
    在表1顯示測試材料的材質及特性。在表1，所謂「粒徑」，是超硬合金的粒徑。
    如表1所示，超硬合金A、B及C，是Co對WC的添加量分別為15%、16%及17%(都是質量%)左右的材料，伴隨著Co添加量的增大，硬度會從HRA88.0變化到HRA85.0。
    第1圖是輥子材料的耐磨耗性的評估方法的說明圖。
    如第1圖所示，將承受有荷重的滾珠1(材質：SUJ，直徑：15mm)在試驗片2上反覆滑動，測量此時的試驗片2的磨耗量(磨耗體積)。將該磨耗量換算成比磨耗量(單位滑動距離．每單位荷重的磨耗體積〔mm3/(mm．N)〕=〔mm2/N〕)，藉由與工具鋼SKD(習知的輥子材質)的比磨耗量比較來評估耐磨耗性。
    第2圖是耐磨耗性的調查結果的顯示圖。如第2圖所示，超硬合金A、B及C的比磨耗量與工具鋼SKD相比都在1/100以下，非常少，能確認超硬合金與習知的輥子材質相比具有約100倍的耐磨耗性。而超硬合金A、B及C彼此比較的話，硬度為HRA88.0且最硬的超硬合金A，比磨耗量較少而耐磨耗性最好。
    超硬合金的耐熱裂化性，是相對於試驗片，反覆實施「加熱(700℃)」→「以水冷卻」的處理，藉由在試驗片產生裂化之前的反覆次數來評估。反覆次數越多則耐熱裂化性越好。
    在表2顯示耐熱裂化性的評估效果。在表2，○表示未發現產生裂化，×表示產生裂化。而有無產生裂化是藉由肉眼觀察所判斷。
    如表2所示，在超硬合金B及C，即使加熱/以水冷卻的反覆次數有20次也沒有發現產生裂化，而在超硬合金A其反覆次數10次就產生裂化。
    在表3顯示針對超硬合金A、B及C，綜合評估耐磨耗性、耐熱裂化性及硬度的結果。耐磨耗性都很好為○，尤其在比磨耗量小於100×10-12mm2/N的情況(超硬合金A)為顯示◎(參考上述第2圖)。
    耐熱裂化性，是以加熱/以水冷卻的反覆次數10次為基準，10次而未發現產生裂化的情況則為○，在5次沒有問題而10次就產生裂化的情況則為△。而針對超硬合金的硬度，由於都具有充分的硬度，所以為○，尤其在HRA88.0以上的情況(超硬合金A)，則顯示◎。
    如表3所示，超硬合金A(硬度：HRA88.0)，雖然在供調查的材質中最硬，具有最優異的耐磨耗性，可是其耐熱裂化性相較於超硬合金B、C較低，綜合評估為△(其耐熱裂化性相對地較差)。相對的，超硬合金B(硬度：HRA86.5)以及超硬合金C(硬度：HRA85.0)，其耐磨耗性、耐熱裂化性都很良好，綜合評估為○(良好)。
    根據以上的調查，在本發明的撓曲矯正方法所使用的作為超硬輥子的材料之超硬合金，確認其耐磨耗性非常高，超硬合金的硬度在HRA85~87的範圍很適合。 (實施例2)
    將本發明的撓曲矯正方法，適用於矯直機所進行的鋼管的矯正，來調查輥子的磨耗量及表面粗糙度，並且確認將汽車的安全氣囊用鋼管作為矯正對象時的更換處理程序時間的縮短效果。為了比較，針對使用習知的輥子(材質：工具鋼SKD11)的情況也進行同樣的調查。
    在表4綜合顯示所使用的矯直機輥子材質的特性。在本發明的撓曲矯正方法所使用的超硬輥子的材質，為在實施例1所使用的超硬合金B。
    第3圖為示意性顯示在鋼管的矯正所使用的矯直機的概略構造及超硬合金製輥子的適用部位的顯示圖。矯直機為2-2-2-1型。在磨耗量較大的# 2及# 3的上下輥子適用超硬輥子(在第3圖，在輥子加上斜線顯示)，在導引輥子也就是# 1輥子與最終# 4輥子，使用習知的SKD11製的輥子。輥子尺寸，其輥子中心(最小)直徑：190mm，輥子寬度：180mm。
    矯正對象鋼管，是外徑在15.90~42.7mm的範圍內的鋼管。
    在表5綜合顯示磨耗量及表面粗糙度的測定對象輥子、測定部位及測定方法。
    第4圖是將適用本發明的撓曲矯正方法時的輥子的磨耗量的調查結果，與使用習知的輥子的情況進行對比的顯示圖。第4圖的縱軸，是將磨耗量(磨耗導致的減少量：mm)除以矯正延伸長度(km)的磨耗速度(mm/km)。
    如第4圖所示，當使用工具鋼SKD11製的輥子時，使用直到習知的輥子使用壽命(磨耗導致的使用界限，矯正延伸長度為2500km)為止時的磨耗速度為1.6×10-3mm/km，在適用使用超硬輥子的本發明的撓曲矯正方法的情況，確認了即使在矯正延伸長度到達4300km(習知的輥子使用壽命的1.7倍)之後，磨耗速度為0mm/km，完全沒有發現磨耗。
    第5圖是適用本發明的撓曲矯正方法時的輥子的表面粗糙度的調查結果的顯示圖。表面粗糙度以最大高度(Rz)顯示。
    如第5圖所示，在矯正開始之後，使輥子表面的微小的凹凸平整化，讓表面粗糙度上升(Rz降低)，然後沒有很大的變化，移往在該圖中黑色箭頭所示的範圍內。矯正延伸長度超過4300km之後也沒有很大的變化。
    第6圖是將適用本發明的撓曲矯正方法來矯正安全氣囊用鋼管(外徑：25mm)時的更換處理程序時間的推移，與使用習知的輥子的情況進行對比的顯示圖。
    從第6圖可以看出，在使用習知的輥子(工具鋼SKD11製)的情況，伴隨著矯正延伸長度變長而輥子的磨耗增大，更換處理程序時間超過目標(每一次30分鐘以內)而延長(在該圖中以粗箭頭顯示)，在使用超硬輥子的本發明的撓曲矯正方法的情況，由於未產生磨耗，所以更換處理程序時間並未延長，能持續目標時間內的更換處理程序。
    第7圖是將適用本發明的撓曲矯正方法來矯正安全氣囊用鋼管(外徑：20mm、25mm或30mm)時的矯直機的使用率，與使用習知的輥子的情況進行對比的顯示圖。
    從第7圖可以看出，與矯正對象安全氣囊用鋼管的外徑無關，讓矯直機的使用率提升。這是因為適用本發明的撓曲矯正方法所導致更換處理程序時間的縮短所造成的。精加工步驟的效率很依賴矯直機的使用率，藉由矯直機的使用率的提升讓精加工步驟的效率提升。
    根據以上的調查結果，藉由適用本發明的撓曲矯正方法，能確認：完全抑制輥子的磨耗，本發明的矯正方法尤其最適合安全氣囊用鋼管的撓曲矯正，可縮短更換處理程序時間來使矯直機的使用率提升。 〔產業上的可利用性〕
    本發明的撓曲矯正方法，能有效地利用於：在管或棒等的鋼材產生的撓曲，尤其汽車的安全氣囊用鋼管等的高強度材的撓曲的矯正。
    1‧‧‧滾珠
    2‧‧‧試驗片
    第1圖為輥子材料的耐磨耗性的評估方法的說明圖。
    第2圖為輥子材料的耐磨耗性的調查結果的顯示圖。
    第3圖為示意性顯示在鋼管的矯正所使用的矯直機的概略構造及超硬合金製輥子的適用部位的顯示圖。
    第4圖是將適用本發明的撓曲矯正方法時的輥子的磨耗量的調查結果，與使用習知的輥子的情況進行對比的顯示圖。
    第5圖是適用本發明的撓曲矯正方法時的輥子的表面粗糙度的調查結果的顯示圖。
    第6圖是將適用本發明的撓曲矯正方法來矯正安全氣囊用鋼管時的更換處理程序時間的推移，與使用習知的輥子的情況進行對比的顯示圖。
    第7圖是將適用本發明的撓曲矯正方法來矯正安全氣囊用鋼管時的矯直機的使用率，與使用習知的輥子的情況進行對比的顯示圖。
    权利要求:
    Claims (2)
    [1] 一種撓曲矯正方法，是使用超硬矯正輥子之鋼材的撓曲矯正方法，其特徵為：該超硬輥子的硬度為HRA85~87。
    [2] 如申請專利範圍第1項的撓曲矯正方法，其中被矯正材是汽車的安全氣囊用鋼管。
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