CN102112636A - 加热装置及加热方法 - Google Patents

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Abstract

提供如下加热装置和加热方法：可以对被加热材料的所要求加热温度不同的任意形状的每个加热部位，快速且高精度地进行区域设定和到所要求加热温度的加热。该加热装置和加热方法，为通过电磁波的照射对被加热材料进行加热的加热装置和加热方法，其中，可将屏蔽、吸收和/或反射该照射线并且具有预定图形轮廓的板材至少在局部配置成与该被加热材料接近。

Description

加热装置及加热方法
技术领域
本发明要求日本专利申请日本专利2008-206261号(2008年8月8日提出申请)的优先权，该专利申请的全部记载内容以引用方式编入记载于本申请书中。
本发明涉及局部加热装置及方法。
背景技术
在例如车辆用部件中，通过使用厚度变薄并且具有高强度的部件，可以同时实现安全性和经济性。为了这样的目的而用低温的挤压模具冷却被加热到高温的钢板来进行淬火的所谓的热压(模压淬火、热压成形)已为公众所知。该加工方法为将钢板加热到奥氏体化温度以上、通过挤压模具成形并且同时急速冷却进行淬火的加工方法。
作为进行热压的情况下的加热方法，除了通常的炉内加热之外，可实现高速加热的通电加热和电动蓄热器(block heater)等已为公众所知。另外，在用于汽车部件的热压的加热炉中使用近红外线加热的技术在专利文献1中已公开。另外，将红外线用于电子电路部件的极微小范围的辅助加热用的技术在专利文献2、3中已公开。
另外，在专利文献4中公开了如下工件用加热炉：在1个加热炉内设置分隔部，可以以不同的温度对用分隔部分隔出的区域进行加热。
专利文献1：日本特开2007-314874号公报
专利文献2：日本特开平5-45607号公报
专利文献3：日本特开2001-44618号公报
专利文献4：日本特开2002-241835号公报
发明内容
以上的专利文献1～4的各公开事项作为引用编入记载于本申请书中。
以下，对与本发明相关的相关技术进行分析。
但是，一方面，通过该热压得到的钢板，强度高，因此有其后的加工与淬火前的钢板相比变得困难这样的问题。因此，即使在热压中，为了制品性能和/或加工工序的最优化，设置局部淬火和反过来局部不进行淬火的部位这样的局部热处理的需求提高。在这种情况下，局部加热的部位必须与要求相匹配地设为任意形状并且极小的范围。
对于这样的需求，就以往的加热炉或通电加热来说不能满足，这一点即使在专利文献1中记载的加热炉中也是同样的。另外，即使如专利文献4中记载的技术那样在炉内设置分隔部，也难以分隔成为任意的形状，高温部和低温部的边界的温度渐变部也变宽。
作为高速加热法的一种，有通过红外线进行加热的加热法。可认为：红外线加热可以任意设定红外线灯的加热温度，可以局部加热被加热材料，还可以使加热温度局部变化。
但是，就发明者们所知，在使用红外线进行局部加热的情况下，必须准备多个加热源，配置成所要求的形状，对各个加热源的每个调节加热温度。此外，即使在这种情况下，也仅限于直线状的局部加热，此外，准确控制温度边界部的位置困难。另外，高温部和低温部的边界的温度渐变部也非常宽，不能缩窄到实用的范围。
本发明的课题是提供如下加热装置及加热方法：可以对被加热材料的所要求加热温度不同的任意形状的每个加热部位，快速且高精度地进行区域设定和到所要求加热温度的加热，并且可以将区域间的温度的渐变部位即温度变化的区域缩小到实用的水平。
上述课题通过下述加热装置及加热方法来解决，所述加热装置及加热方法，为通过电磁波的照射对被加热材料进行加热的加热装置及加热方法，其特征在于，可将屏蔽、吸收和/或反射该照射线并且具有预定图形轮廓的板材至少在局部配置成与该被加热材料接近。
作为被加热材料，典型的，为钢铁材料以及钢板(片状钢板或被立体成形了的立体成形品)等的钢材，还包括非铁金属、合金和复合材料等。作为用于加热的电磁波，可考虑红外线、微波、激光等。特别是，近红外线可对多种金属实现快速的加热。另外，作为屏蔽、吸收和/或反射这些电磁波的部件，可考虑陶瓷、石棉等的绝缘体或者金反射镜等的反射镜或反射材料。
本发明的另一发明点在于用于上述任何一种的加热装置的、屏蔽、吸收和/或反射加热用电磁波并且具有预定图形轮廓的板材。
根据本发明，可以对被加热材料的所要求加热温度不同的任意形状的每个加热部位，快速且高精度地进行区域设定和到所要求加热温度的加热，并且可以将区域间的温度的渐变部位即温度变化的区域缩小到实用的水平。
附图说明
图1是本发明涉及的加热装置的一实施例的俯视图和剖视图。
图2是本发明涉及的加热装置的另一实施例的俯视图和剖视图。
图3是本发明涉及的加热装置的再一别的实施例的俯视图和剖视图。
图4是通过图1～图3的加热装置进行了加热(或成形)所得的制品的例子。
图5是本发明所涉及的加热装置的设备构成的一实施例。
图6是表示与本发明相关的加热技术的俯视图和剖视图。
图7是表示与本发明相关的加热技术的俯视图和剖视图。
图8是表示与本发明相关的加热技术的俯视图和剖视图。
附图标记说明：
1：近红外线灯；1a、1c：高温设定部的红外线灯；1b、1d：低温设定部的红外线灯；2：近红外线；2a：从高温设定部灯射出(没有被屏蔽)的红外线(高温红外线)；2a’：被热屏蔽板屏蔽的红外线；2b：从低温设定部灯射出的红外线(低温红外线)；3：被加热材料；5：高温加热部(高强度部)；6：低温加热部(低强度部)；7：温度渐变部；10：热屏蔽板(板材)；21：高温加热部；22：温度边界范围；22a：温度边界；23：低温加热部；39、43、47：热压成形制品；42、45、48：高温加热部(高硬度部)；40、44：低温加热部(低硬度部)；46：切割线；53：装置框架；54：支撑件。
具体实施方式
本发明涉及的加热装置，优选是：配置多个上述照射线的发生装置，可以对各发生装置的每个调节加热能力。由此，通过与热屏蔽板等的板材组合，可以设定任意范围的高温加热部和低温加热部。
另外，优选是，将多个上述发生装置2维或3维地配置在上述被加热材料的周围，与其对应地将上述板材2维或3维地配置在该发生装置和该被加热材料之间。由此，还可以对立体形状的被加热材料进行加热。
上述发生装置为近红外线发生装置，上述板材可以含有屏蔽、吸收和/或反射近红外线的材料。
上述板材，可以包括陶瓷、具有照射线屏蔽能力的纤维状物质或者它们的复合材料和反射镜中的任何1个以上。
上述板材，优选是包括与被加热材料的所期望的加热形状相匹配地形成为2维或3维的1个以上的部件。
上述被加热材料，可以设为钢板或将钢板立体成形了而成的加工成形品。特别是，可以优选使用汽车部件用钢板。
可以还具有与上述发生装置不同的上述被加热材料的照射线源。
上述板材，可以通过支撑件保持，配置成不与上述被加热材料的表面接触，或者配置成与上述被加热材料的表面接触。
上述照射线发生装置为中红外线发生装置、远红外线发生装置、微波发生装置、激光发生装置中的任何一种，上述板材含有屏蔽、吸收和/或反射各种的电磁波的材料。
另外，可以以低于奥氏体化温度的低温对作为钢材的被加热材料整体进行加热，并且仅将所要求的部位加热到比奥氏体化温度高的温度。由此，可以缩短高温加热部的加热时间，并且还可以提高形状保持性。
实施例
以下基于附图和实施例对本发明进行详细说明，但在此之前，为了明确化本发明的特征，对发明者们的见解进行陈述。
图6是对被加热材料(在此为平板状钢板)进行局部加热的情况的发明者们的相关技术的一例子。图6(a)为图6(b)的A-A截面的剖视图，图6(b)为俯视图。通过从上下配置的近红外线灯1照射的红外线2对被加热材料3进行加热。近红外线灯1可分别设定加热温度，通过将灯的设定温度分为高温设定部1a、低温设定部1b那样，可以如高温加热部5和低温加热部6那样以不同的温度对被加热材料3进行局部加热。
图6(c)为被加热材料的温度分布图。图6(d)为对该被加热材料进行了热压而成的热压成形制品。高温加热部5通过在热压成形工序中被加热到奥氏体化温度以上(优选是约800℃以上)进行淬火，变为高强度部5，低温加热部6通过以低于奥氏体化温度(优选是约700℃以下)加热不进行淬火，变为低强度部6。为了使制品的低强度部、高强度部在碰撞时的能量吸收性能最优化，必须高精度设定温度边界线即强度边界线的位置，将温度渐变部即强度渐变部设为尽可能窄的范围。但是，发生高温红外线2a的向低温部的干涉，温度渐变部以宽范围产生，不能高精度地设定低温-高温的温度边界线的位置。另外，温度边界线只能沿红外线灯1的形状设定为直线状。
图7表示基于本发明的相关技术的、局部设置高温部的加热装置和方法。通过上下配置的高温设定红外线灯1a、低温设定红外线灯1b对被加热材料3进行加热。通过沿局部要加热到高温的部位5配置高温加热设定的红外线灯1a，可以局部设定高温加热部5。但是，局部加热部位只能设定为沿红外线灯的形状，与图6所示的局部加热同样，温度渐变部7为宽范围，温度边界不太清楚。
图8表示基于本发明的相关技术的、局部设置低温回头路的局部加热方法。通过上下配置的红外线灯1a、1b对被加热材料3进行加热。通过沿局部要加热到低温的部位6配置低温加热设定的红外线灯1b，可以局部设定低温加热部6。但是，局部加热部位只能设定为沿红外线灯的形状，与图6所示的局部加热同样，温度渐变部7为宽范围，温度边界不太清楚。
(实施例1)
图1是表示本发明涉及的加热装置的一实施例的剖视图和俯视图。图1(a)是图1(b)的A-A截面的剖视图，图1(b)是从图1(a)的B-B方向观察的俯视图。因此，在图1(b)中未图示上侧近红外线灯1。通过从上下配置多个近红外线灯1照射的近红外线2对被加热材料3进行加热。这些近红外线灯可以调节设定加热温度。如图1(a)所示，将上侧近红外线灯1分为高温设定部1a、低温设定部1b，将下侧近红外线灯1分为高温设定部1c、低温设定部1d。而且，在被加热材料3和上侧近红外线灯1之间，如图1(b)所示，设置与所用的温度边界形状相匹配地形成的热屏蔽板10，进行加热。
如图1(a)所示，在温度边界范围22，上侧近红外线灯成为高温设定部1a，下侧近红外线灯成为低温设定部1d，对被加热材料3的下面全体通过低温红外线(强度弱的红外线)2b进行加热。对被加热材料3的上表面的无热屏蔽板10的部分通过高温红外线(强度大的红外线)2a进行加热。在有屏蔽板10的部分，高温红外线2a’被热屏蔽板10屏蔽，不能到达被加热件3，不会被加热到高温。但是，对该部位从下侧通过低温红外线2b进行加热。因此，被加热材料3，如图1(c)所示，以沿热屏蔽板10的形状的温度边界22a为边界，以高温加热高温加热部21，以低温加热低温加热部23。
由于在温度边界22a附近来自上侧的高温红外线2a’被热屏蔽板10屏蔽，因此不会与低温加热部23发生干涉。因此，可以位置精度高地设定温度边界22a，并且还可以充分缩小温度边界22a周边的温度渐变部。可以将温度边界22a设定为任意形状意味着，可以根据热压成形制品的要求性能自由设定高强度部、低强度部，对制品性能的最优化、制品设计的自由度的提高有利。
在本实施例中，对想要通过热压使其具有强度的部位，加热到奥氏体化温度以上(优选是约800℃以上)的高温，对所有那以外的部分以比奥氏体化温度低的温度也包括从下侧进行加热。由此，具有如下那样的效果：可以缩短高温加热部的加热时间，并且被加热材料的成形后的回弹小，即形状保持性提高。
图4(a)中示出该方法面向汽车用部件的应用例。在热压成形制品(B柱)39中，设置在热压成形时加热到奥氏体化温度以上(优选是约800℃以上)的高温进行淬火而成为高强度的部位42、以低于奥氏体化温度(优选是约700℃以下)的低温进行加热不进行淬火而使其具有高延展性的部位，这对于碰撞时的能量吸收的提高等制品性能的提高是有利的。另外，温度边界41在本发明中可设定为任意的形状，从而可以使制品性能最优化、提高制品设计的自由度。温度边界41的位置精度、周边的温度渐变范围也小，因此制品性能也稳定。
(实施例2)
图2中示出本发明涉及的加热装置的一实施例及使用其的局部低温加热方法。图2(a)为图2(b)的A-A截面的剖视图，图2(b)是从图2(a)的B-B方向观察的俯视图。基本的想法与实施例1相同。通过上下配置的多个红外线灯1对被加热材料3进行加热。将上侧近红外线灯设为高温设定1a，将下侧近红外线灯设为低温设定1b，在被加热材料3和上侧近红外线灯1之间，如图2(b)所示配置热屏蔽板10，进行加热。在这种情况下的热屏蔽板10为比被加热材料稍稍小一些的相似形且留下不进行高温加热的周边部分而切除内侧所得的形状。
由此，如图2(c)所示，低温加热部23，从上面的高温设定的上侧近红外线灯1照射的高温红外线2a’被局部热屏蔽板10屏蔽而没有被加热到高温，但对其下表面通过从下面侧近红外线灯1照射的低温红外线2b进行加热，因此，被加热到低温设定的温度。
高温加热部21(无局部热屏蔽板10的部分)，其上表面通过从高温设定的上侧红外线灯1照射的高温红外线2a被加热到高温设定的温度。另外，还通过从下侧近红外线灯1照射的低温红外线2b对该高温加热部位21的下表面进行加热，因此，加热时间被缩短。高温红外线2a’沿局部热屏蔽板10的形状被屏蔽，因此，没有向低温加热部23的干涉，可以位置精度高地设定与高温加热部21的边界，还可以减少其周边的温度渐变部位。另外，通过将局部热屏蔽板10设为任意的形状，可以将低温加热部23设定为任意的形状。
图4(b)中示出了将该方法面向汽车用部件的应用例。在热压成形制品(B柱)43中，在热压成形后，必须沿切割线46切割成最终制品形状。通过仅在切割线46的周边设定低温加热部44，仅该部位在热压成形后为低硬度，通过刀具进行的切割变得容易。根据本发明，低温加热部44可沿必要的切割线46设定为任意的形状。此外，可以位置精度高且减少对周边的高温加热部(高硬度部)45的影响地设定低温加热部44。
(实施例3)
图3表示本发明涉及的加热装置的一实施例和使用其的局部高温加热方法。图3(a)为图3(b)的A-A截面的剖视图，图3(b)是从图3(a)的B-B方向观察的俯视图。基本的想法与实施例1相同。通过上下配置的多个近红外线灯1对加热材料3进行加热。将上侧近红外线灯1一部分设为高温设定部1a，一部分设为低温设定部1b，将下侧近红外线灯1设为低温设定部1b。如图3(b)所示，通过在被加热材料3和上侧近红外线灯1之间配置切出了高温加热部21的形状的缺口的热屏蔽板10，进行加热，如图3(c)所示，仅高温加热部21从上面通过高温红外线2a被加热到高温。
周边的低温加热部23，从上面的高温红外线2a’被热屏蔽板10屏蔽，因此不会被加热到高温设定温度，而通过从下面从低温设定的下侧近红外线灯1照射的低温红外线2b被加热到低温设定温度。其他的部位，从上侧、下侧的两侧通过低温红外线2b被加热到低温设定温度。
高温红外线2a’沿热屏蔽板10的形状被屏蔽，因此，不向低温加热部23的干涉，可以位置精度高地设定与高温加热部21的边界线，还可以减少其周边的温度渐变部。另外，通过将热屏蔽板10的缺口设为任意的形状，可以将高温设定部21设定为任意的形状。
图4(c)中示出面向汽车用部件的应用例。在热压成形制品(B柱)47中，可以仅将如C-C剖视图中所示那样必要有强度的棱线部48加热到奥氏体化温度以上(优选是约800℃以上)，进行淬火，制成为高强度。这样，可以与制品的要求特性相匹配，仅将一部分加热到高温，在热压成形中进行淬火，制成高强度。
在上述的实施例中，被加热材料都使用平板状的被加热材料，但在本发明中，也可以使用立体形状的被加热材料。即，可以通过本发明涉及的加热装置对通过冷间成形或热间成形而一定程度上立体成形了的加工品进一步进行加热。在这种情况下，将红外线灯那样的照射线(电磁波)发生装置立体配置在被加热材料的周围，在被加热材料和电磁波发生装置之间立体配置热屏蔽板。
热屏蔽板可以优选使用：可以使红外线不透射而遮断红外线的难以被加热的材质，例如陶瓷板或石棉板等。另外，可以根据需要在热屏蔽板设置冷却装置。或者，也可以是将板表面制成为反射红外线的金反射镜等的镜面结构的结构。另外，热屏蔽板可以组合几个部件来构成。
在上述的实施例中，为了提高加热效率和使成形后的形状保持性良好，对高温加热部以外的部分也以低温进行红外线加热。但是，也可以仅对高温加热部进行加热。另外，不限于红外线加热，可以适当组合使用电磁波发生装置和屏蔽其电磁波的热屏蔽板。另外，除了电磁波发生装置之外，还可以组合其他的加热手段。
(实施例4)
图5表示将本发明涉及的加热装置应用于汽车部件钢板的热压用加热装置的设备构成的一例子。图5(a)为剖视图，图5(b)为俯视图。热屏蔽板10通过支撑件54被固定在使用近红外线发生装置(灯)的加热装置架53。热屏蔽板10既可以配置成与被加热板3分离，也可以配置成与被加热板3接触。如图5(b)所示，从55的方向送入被加热材料3，通过加热装置对其进行加热后，向56的方向运出。可以使用1块热屏蔽板10实现钢板的连续的加热处理。
热屏蔽板10为可更换的结构，通过更换热屏蔽板10，可以不改变近红外线灯自身地以不同的加热图形进行加热。另外，可以对可通过近红外线加热的多种的被加热材料进行加热，通用性优异。另外，由于没有必要改变红外线灯的配置，因此不需要如以往那样的更换配置的作业，在作业性上也优异。
以上，基于上述实施例对本发明进行了说明，但本发明并非仅限于上述的实施例的构成，还包含在本发明的范围内对本领域普通技术人员来说可实现的各种变形、修正，这一点是不言而喻的。

Claims (14)

1.一种加热装置，为通过电磁波的照射对被加热材料进行加热的加热装置，其特征在于，可将屏蔽、吸收和/或反射该照射线并且具有预定图形轮廓的板材，至少在局部配置成与该被加热材料接近。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，配置多个所述照射线的发生装置，可对各该发生装置的每个调节加热能力。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，将多个所述发生装置2维或3维地配置在所述被加热材料的周围，与此对应地，将所述板材2维或3维地配置在该发生装置和该被加热材料之间。
4.根据权利要求2或3所述的加热装置，其特征在于，所述发生装置为近红外线发生装置，所述板材含有屏蔽、吸收和/或反射近红外线的材料。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的加热装置，其特征在于，所述板材包括陶瓷、具有照射线屏蔽能力的纤维状物质或者它们的复合材料和反射镜中的任何1个以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的加热装置，其特征在于，所述板材包括与被加热材料的所期望的加热形状相匹配地形成为2维或3维的1个以上的部件。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的加热装置，其特征在于，所述被加热材料为钢板或将该钢板立体成形而得的加工成形品。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的加热装置，其特征在于，还具有与所述发生装置不同的所述被加热材料的照射线源。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的加热装置，其特征在于，所述板材，通过支撑件保持，配置成不与所述被加热材料的表面接触。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的加热装置，其特征在于，所述板材，配置成与所述被加热材料的表面接触。
11.根据权利要求2或3所述的加热装置，其特征在于，所述发生装置为中红外线发生装置、远红外线发生装置、微波发生装置、激光发生装置中的任何一种，所述板材含有屏蔽、吸收和/或反射各个的电磁波的材料。
12.一种板材，其用于权利要求1～11中任一项所述的加热装置，屏蔽、吸收和/或反射加热用电磁波，并且具有预定图形轮廓。
13.一种加热方法，为通过电磁波的照射对被加热材料进行加热的加热方法，其特征在于，在该被加热材料和该照射线的发生装置之间至少局部配置屏蔽、吸收和/或反射该照射线并且具有预定图形轮廓的板材。
14.根据权利要求13所述的加热方法，其特征在于，以低于奥氏体化温度的低温对作为钢材的被加热材料全体进行加热，并且，仅将所要求的部位加热到比奥氏体化温度高的温度。
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